Könnten Magnetorquers auf der ISS eingesetzt werden?

Zusätzlich zu Undos Antwort werde ich versuchen, eine "nullte Ordnung" hinter der Hüllkurvenanalyse dafür zu geben:

Erstens, nach meiner Antwort hier , haben wir

$$T=DB=2DM/R^3$$ wo $T$ist das vom Drehmomenterzeuger aufgebrachte Drehmoment, $M$ist das magnetische Moment der Erde (ca $7.96\times 10^{15}~\text{tesla}\cdot \text{m}^3$), $D$ist der Dipol, der von Ihrem Torquer induziert wird, und $R$ist der Abstand vom Mittelpunkt des Erddipols.

Nun, die Mechanik sagt uns das

$$T=I\alpha$$ wo $I$ist das Trägheitsmoment und $\alpha$Winkelbeschleunigung ist. Wir werden nehmen $I_{xx}=127908568~\text{kg}\cdot\text{m}^2$von hier aus für unsere Zwecke, und sagen wir, Sie möchten eine bescheidene Winkelgeschwindigkeit von vermitteln $0.05~^{\circ}/\text{sec}^2\approx 0.0009~\text{radians}/\text{sec}^2$.

Der in diesem Fall erforderliche magnetische Dipol wäre also

$$D=\frac{I\alpha R^3}{2M}=\frac{127908568\cdot 0.0009\cdot (6478*1000)^3}{2\cdot 7.96\times 10^{15}}\approx 1.966\times 10^9~\text{A}\cdot \text{m}^2$$

Dies ist ein massiver Dipol. Berechnen wir das Dipolmoment einer gewickelten Spule mit$N$dreht sich wie$A\times I\times N$, und selbst wenn man von einer ziemlich massiven Querschnittsfläche von 1 Meter und einer großzügigen Stromstärke von 10 Ampere ausgeht, wäre ein Drehmomenter mit 1 mil Kupferdraht 1 Meter lang und hätte eine 13 cm dicke Kupferschicht. Das würde etwa 1200 kg wiegen , was verdammt schwer ist. Betrachten Sie dies mit den eher qualitativen Punkten von Undo, und es sieht langsam wie eine schlechte Idee aus, auch wenn es physikalisch nicht unmöglich ist.

Ich kann keine endgültige Antwort geben, bis ich Zahlen darüber habe, wie viel Drehmoment die Geräte abgeben können, die ich im Internet nicht finden konnte.

Wikipedia zeichnet jedoch ein düsteres Bild für die Möglichkeit ihres Einsatzes auf größeren Satelliten:

Nachteile

Der Hauptnachteil von Magnetorqueren besteht darin, dass sehr hohe magnetische Flussdichten benötigt würden, wenn große Fahrzeuge sehr schnell gedreht werden müssten . Dies würde entweder einen sehr hohen Strom in den Spulen oder viel höhere umgebende Flussdichten erfordern, als sie in der Erdumlaufbahn verfügbar sind . Folglich sind die bereitgestellten Drehmomente sehr begrenzt und dienen nur dazu, die Lageänderung eines Raumfahrzeugs um winzige Beträge zu beschleunigen oder zu verzögern . Mit der Zeit kann die aktive Steuerung auch hier ein sehr schnelles Drehen erzeugen, aber für eine genaue Lagesteuerung und Stabilisierung reichen die bereitgestellten Drehmomente oft nicht aus.

Ein weiterer Nachteil ist die Abhängigkeit von der Magnetfeldstärke der Erde, wodurch dieser Ansatz für Weltraummissionen ungeeignet und auch für niedrige Erdumlaufbahnen besser geeignet ist als für höhere wie die geosynchrone. Problematisch ist auch die Abhängigkeit von der stark variablen Intensität des Erdmagnetfeldes, weil dann das Lageregelungsproblem stark nichtlinear wird. Es ist auch unmöglich, die Lage in allen drei Achsen zu steuern, selbst wenn die vollen drei Spulen verwendet werden, da das Drehmoment nur senkrecht zum Vektor des Erdmagnetfelds erzeugt werden kann.

Jeder sich drehende Satellit, der aus einem leitfähigen Material besteht, verliert im Erdmagnetfeld aufgrund der Erzeugung von Wirbelströmen in seinem Körper und der entsprechenden Bremskraft proportional zu seiner Drehrate an Rotationsimpuls. Aerodynamische Reibungsverluste können ebenfalls eine Rolle spielen. Dies bedeutet, dass der Magnetorquer kontinuierlich betrieben werden muss und mit einer Leistung, die ausreicht, um den vorhandenen Widerstandskräften entgegenzuwirken . Dies ist innerhalb der Energiebeschränkungen des Schiffes nicht immer möglich.

Es ist kein endgültiges „Nein“, aber es scheint sicherlich unwahrscheinlich, dass der Energiebedarf, um einen so großen Satelliten wie die ISS auf eine bestimmte Weise ausgerichtet zu halten, billiger wäre als die Menge an Treibstoff, die derzeit zur Ausrichtung des Raumfahrzeugs verwendet wird.