Gerade bei den Kleinsatelliten und Cubesat-Leuten kursiert eine ziemlich „alte“ Idee: Passive Lagestabilisierung auf Basis von Permanentmagneten.
Das Konzept ist ziemlich einfach. Ein Magnet, der auf einem Satelliten montiert ist, wird immer versuchen, sein Magnetfeld mit dem Erdmagnetfeld auszurichten. Das ist faszinierend, weil es keine Computer, Strom, bewegliche Teile oder irgendeine Form von Steuerung benötigt.
Für mich gibt es in diesem Konzept zwei kritische Schwachstellen. Erstens, wenn es funktioniert, stabilisiert es einen Satelliten nur auf einer einzigen Achse. Zweitens ist das Erdmagnetfeld kein sauberer Dipol – sowohl in Bezug auf seine Intensität als auch auf die Ausrichtung der Magnetfeldlinien. Aber selbst wenn man ihn als einfachen Dipol betrachtet, erfolgt die relative Rotation der magnetischen Feldlinien entlang zB einer Polbahn nicht in einer geometrischen Ebene oder mit konstanter Winkelgeschwindigkeit. Für mich sollte das Ganze intuitiv zu einem ziemlich seltsamen Taumelverhalten eines solchen Satelliten führen.
Wie soll es funktionieren? Gibt es Studien zu diesem Konzept, die auf Lagedaten von Satelliten basieren, die tatsächlich im Weltraum sind? Wenn ja, was wurde gefunden?
Ergebnisse aus detaillierten Computersimulationen sind für mich auch interessant, aber ich bevorzuge eindeutig Ergebnisse auf Basis von Flugdaten. Es gibt eine ganze Reihe von Projekten, die beabsichtigen, Magnete zu verwenden oder sie verwendet haben (während der Satellit versagte), daher finde ich es ziemlich schwierig, Aussagen zu finden, die über „es wird funktionieren“ hinausgehen.
Erkundigen Sie sich bei Kentucky Space. Sie haben KySat-2 im Orbit mit passiver magnetischer Steuerung.
Hier ist eine Beschreibung des Kontrollsystems von ihrer Website :
Passive magnetische Stabilisierung: KySat-2 ist mit einem passiven Lageregelungsschema ausgestattet, das als passive magnetische Stabilisierung bekannt ist. Diese passive Steuerungstechnik verwendet Permanentmagnete und magnetisches Hysteresematerial, das am Chassis von KySat-2 befestigt ist. Die Permanentmagnete liefern ein Drehmoment bei Versuchen, sich auf das Magnetfeld der Erde auszurichten (so wie eine magnetische Kompassnadel auf den magnetischen Norden zeigt). Die Permanentmagnete werden so am Chassis des Raumfahrzeugs montiert, dass die Kamera von KySat-2 bei Ausrichtung auf das Erdmagnetfeld über der Nordhalbkugel auf die Erde und über der Südhalbkugel ins All zeigt.
Permanentmagnete liefern das geringe Drehmoment, das erforderlich ist, um das Raumfahrzeug korrekt ausgerichtet zu halten, aber im Vakuum des Weltraums gibt es keine Dämpfungswirkung (wie etwa den Luftwiderstand, den wir auf der Oberfläche haben). Aus diesem Grund würde KySat-2 um seine [sic] gezielte Ausrichtung oszillieren, anstatt sich reibungslos darauf einzustellen. Außerdem können Permanentmagnete nur zwei Achsen steuern, während die dritte Achse ungesteuert ist und sich frei drehen kann. Um diese Probleme zu mildern, ist KySat-2 auch mit Hysterese-(Speicher-)Material ausgestattet. Dieses Material „merkt“ sich das aktuelle Magnetfeld und widersteht somit Änderungen in der Ausrichtung von KySat-2. Dieser Effekt ist klein und viel weniger durchsetzungsfähig als die Permanentmagnete, aber er liefert den erforderlichen Dämpfungseffekt, um KySat-2 auf den beiden Steuerachsen zu stabilisieren und auch Änderungen auf der ungesteuerten Achse zu widerstehen.
Ja, es funktioniert. Der erste australische Satellit, Australis OSCAR 5, verwendete einen Magneten, um ungefähr eine Achse mit dem Erdmagnetfeld auszurichten UND Stäbe mit einer großen magnetischen Hystereseschleife, um Spinenergie zu entfernen. AO5 wurde 1966-7 gebaut und 1970 von der NASA auf einer Delta-Rakete mit einem Tiros-Satelliten gestartet. Roh, passiv und effektiv.
Wenn Sie dies versuchen, koordinieren Sie sich unbedingt mit den anderen Cubesat-Teams, die Ihren Deployer-Pod teilen. Im Jahr 2011 fanden die Teams von MCubed und HRBE auf die harte Tour heraus, dass es zu unbeabsichtigten Wechselwirkungen zwischen CubeSats kommen kann, die eine passive magnetische Lagestabilisierung verwenden.
Der Swayam-Satellit, der von Studenten des COEP (College of Engineering), Pune, Indien, hergestellt wurde, arbeitet nach diesem Prinzip und hat sich als stabil erwiesen. Es wurde im Juni oder Juli 2016 eingeführt (das genaue Datum ist mir jetzt nicht mehr bekannt). Versuchen Sie, sie zu kontaktieren, wenn Sie möchten.
Es ist mir gelungen, einen Scan der ARRL QST Juli-Ausgabe von 1969 zu erhalten, wo der Betrieb des Satelliten Australis-Oscar 5 beschrieben wird. Dazu gehören die Spinreduzierung durch Permalloy-Stäbe und die Stabilisierung durch einen Stabmagneten:
Wenn Australis in die Umlaufbahn gebracht wird, dreht sie sich mit etwa 4 Umdrehungen pro Minute. Dieses Drehen verursacht ein Fading im Signal. Um die Spinenergie zu entfernen, wurde ein Satz Permalloy-Stäbe mit einer sehr großen Hystereseschleife bei der niedrigen Flussdichte aufgenommen. Der Hystereseverlust zusammen mit dem Wirbelstromverlust im Gehäuse tendiert dazu, den Spin zu entfernen, was eine Ausrichtung entlang des lokalen Magnetfeldvektors durch einen kleinen Magneten (siehe Fig. 3) ermöglicht, der ebenfalls enthalten ist. Da die UKW-Antenne auf der gleichen Achse wie der Stabmagnet (der X-Achse) liegt, sollte das Fading der UKW-Signale reduziert werden. Alle Antennen bestehen aus flexiblem Stahlband.
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