Kann ein Satellit Gravitationsgradientenstabilisierung, Solarenergie, elektrodynamisches Tethering und dynamischen Quadrupolimpuls gleichzeitig nutzen?

Um die Orientierung aufrechtzuerhalten, wird normalerweise kein Treibmittel verwendet oder so wenig, dass es nicht von Bedeutung ist. Magnetotorquers können in LEO und Reaktionsräder überall verwendet werden. Reaktionsräder sind seit Jahren ein Fehlerpunkt, aber sie sind immer noch viel einfacher als das hier vorgeschlagene komplizierte System. Reaktionsräder erfordern möglicherweise auch eine sehr gelegentliche Verwendung von Treibmittel, um sie zu entsättigen, wenn sie den Satelliten ständig in die gleiche Richtung drehen, aber der Gesamtverbrauch ist ziemlich gering.

Die Aufrechterhaltung der Umlaufbahn ist in vielen Fällen ein viel anspruchsvolleres Problem. In LEO ist der Luftwiderstand ein Problem. Bei GEO ist die Drift entlang der Umlaufbahn aufgrund der Sonne, des Mondes, der äquatorialen Ausbuchtung der Erde usw. ein Problem. Sie sind auch viel schwieriger zu kontern, ohne Treibmittel zu verbrauchen. Ionenmotoren reduzieren die benötigte Treibmittelmenge, beseitigen sie jedoch nicht.

In LEO helfen Ihnen Sonnensegel nicht, wie wir bei einer anderen Frage besprochen haben. Der zusätzliche Widerstand übersteigt den Vorwärtsschub. Sie könnten in GEO nützlich sein. A$100m\times 100 m$Segel könnte aufgeben$0.1N$Schub, vergleichbar mit einem NSTAR-Ionentriebwerk. Der Ionenmotor wiegt einige kg und verbraucht etwa 100 kg/Jahr Treibmittel und etwas mehr$2kW$der Macht. Ein Segel, das etwas größer ist als ein Fußballfeld, und seine Stützstruktur müsste weniger als sagen wir 1 Tonne wiegen, um die Chance zu haben, den Ionenmotor über 10 Jahre zu schlagen.

Elektrodynamische Haltegurte funktionieren möglicherweise in LEO, wurden jedoch noch nicht erfolgreich getestet. Sie nützen in GEO nichts, da man sich nicht durch das Magnetfeld bewegt.

Damit bleibt die Idee des dynamischen Quadrupolmoments. Ich bin mir ziemlich sicher, dass grundlegende Erhaltungsgesetze Ihnen sagen, dass es keinen Unterschied machen kann, einen perfekt kugelförmigen Planeten zu umkreisen, ohne dass andere Körper (Mond, Sonne) dazu beitragen (zum Beispiel können Sie Ihren Drehimpuls unmöglich ändern). In einem realen Szenario könnte es jedoch möglich sein, diese sekundären Gravitationseffekte (Erdwölbung, Mond usw.) auszunutzen, um die Umlaufbahn tatsächlich zu ändern.

Die Komplexität dieses Systems besteht darin, dass es einen langen, aber starken Ausleger hat, um die Kräfte und Drehmomente der Sonne zu bewältigen, und auch die Fähigkeit, die Solarfahnen auf und ab zu bewegen. Das ganze System wird wahrscheinlich schwer sein. Eine 0,5 km lange Stange, die sich nicht nur biegt, ist eine große Nutzlast.

Kosten und Zuverlässigkeit sind ein Kompromiss - bis ein solches System flugerprobt ist, wird es sowohl teuer als auch von unbekannter Zuverlässigkeit sein.

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Eine zweite Lagesteuerungskonfiguration verwendet Masse an einem kardanisch aufgehängten Ausleger, um die Position des Massenmittelpunkts relativ zum Druckmittelpunkt zu ändern, wodurch ein Roll- und Nickdrehmoment erzeugt wird, zusammen mit einem Paar gelenkiger Steuerflügel zur Giersteuerung.

Sie kommen zu dem Schluss, dass es zumindest in Simulationen gut funktioniert.