Magnetorquer - Magnetorquer
Magnetorquer tai magneettinen torquer (tunnetaan myös vääntömomentti sauva ) on satelliitin järjestelmä asennonhallintalaitteita , detumbling, ja vakauttaminen rakennettu sähkömagneettista käämiä . Magneettivahvistin luo magneettisen dipolin, joka on vuorovaikutuksessa ympäröivän magneettikentän, yleensä maapallon , kanssa siten, että tuotetut vastavoimat tuottavat hyödyllisen vääntömomentin .
Toimintaperiaate
Magneettivastaanottimet ovat pääosin sähkömagneettisarjoja, jotka on asetettu tuottamaan kiertymäsymmetrinen ( anisotrooppinen ) magneettikenttä laajennetulla alueella. Että kenttä ohjataan kytkemällä virran läpi kelojen päälle tai pois päältä, yleensä alle atk palautteen ohjaus . Magneetit itsessään on kiinnitetty mekaanisesti veneeseen, joten kaikki ympäröivään magneettikentään kohdistamat magneettiset voimat johtavat magneettiseen käänteiseen voimaan ja johtavat mekaaniseen vääntömomenttiin aluksen painopisteen ympärillä . Tämä mahdollistaa veneen vapaan kääntämisen tunnetulla magneettikentän paikallisella gradientilla käyttämällä vain sähköenergiaa.
Magneettisen dipolin tuottama magnetorquer ilmaistaan kaavalla
missä n on langan kierrosten lukumäärä, I on syötetty virta ja A on kelan vektorialue . Dipoli on vuorovaikutuksessa magneettikentän kanssa muodostaen vääntömomentin
missä m on magneettinen dipolivektori, B magneettikenttävektori (avaruusalukselle se on maapallon magneettikentän vektori) ja τ on muodostettu momenttivektori.
Rakentaminen
Magneettikentän rakenne perustuu kelan toteutukseen, jolla on määritelty alue ja kierrosluku vaadittujen suoritusten mukaan. Kelan saamiseksi on kuitenkin olemassa erilaisia tapoja; siten rakennusstrategiasta riippuen on mahdollista löytää kolmen tyyppisiä magnetorquer-laitteita, jotka ovat ilmeisesti hyvin erilaisia toisistaan, mutta perustuvat samaan konseptiin:
- Ilmasydämen magneettivarmistus
- Tämä käsittää magneettiverkon peruskäsitteen , johtavan langan, joka on kääritty satelliittiin ankkuroidun ei-johtavan tuen ympärille. Tällainen magneettivanki voi tarjota tasaisen magneettisen dipolin, jolla on hyväksyttävä massa ja rasitus.
- Upotettu kela
- Tämä on rakennettu luomalla spiraalijälki aurinkopaneelien piirilevyjen sisällä , mikä tuottaa kelan vaikutuksen. Tällä ratkaisulla on vähiten vaikutuksia satelliittiin, koska se sisältyy kokonaan aurinkopaneeleihin. Levyn paksuuden fyysisen rajoituksen ja muiden piirien ja elektronisten komponenttien läsnäolon vuoksi magneettisen dipolin suurta arvoa ei kuitenkaan voida saavuttaa.
- Torquerod
- Tämä on tehokkain ratkaisu. Johtava lanka on kääritty ferromagneettisen ytimen ympärille, joka magnetoituu kelan herätessä, jolloin syntyy huomattavasti korkeampi dipoli kuin muilla ratkaisuilla. Haittana on kuitenkin jäännösmagneettisen dipolin läsnäolo, joka säilyy silloinkin, kun kela sammutetaan ytimen magnetisointikäyrän hystereesin takia. Siksi on tarpeen demagnetisoida ydin asianmukaisella demagnetointimenettelyllä. Normaalisti ytimen (yleensä raskasmetallista koostuva) läsnäolo lisää järjestelmän massaa.
Tyypillisesti käytetään kolmea kelaa, vaikka kahden tai jopa yhden magneetin pienennetyt kokoonpanot voivat riittää, kun täydellistä asennon ohjausta ei tarvita tai ulkoiset voimat, kuten epäsymmetrinen vastus, sallivat alikäytetyn ohjauksen . Kolme kelakokoonpanoa on yleensä kolmen kohtisuoran kelan muodossa, koska tämä kokoonpano tasaa syntyvien kenttien pyörimissymmetrian; riippumatta siitä, kuinka ulkoinen kenttä ja vene on sijoitettu toisiinsa nähden, suunnilleen sama vääntömomentti voidaan aina tuottaa yksinkertaisesti käyttämällä erilaisia virtamääriä kolmessa eri kelassa.
Niin kauan kuin virta kulkee kelojen läpi ja avaruusalusta ei ole vielä vakautettu kiinteään suuntaan ulkokentän suhteen, aluksen pyörii edelleen.
Hyvin pienet satelliitit voivat käyttää kestomagneetteja kelojen sijaan.
Edut
Magneettivastaanottimet ovat kevyitä, luotettavia ja energiatehokkaita. Toisin kuin potkurit , ne eivät myöskään vaadi kulutettavaa ponneainetta , joten ne voisivat teoriassa toimia loputtomiin, kunhan kelojen resistiiviseen kuormitukseen on käytettävissä riittävästi tehoa . Maan kiertoradalla auringonvalo on yksi tällainen käytännössä ehtymätön energialähde, joka käyttää aurinkopaneeleja .
Lisäetu momenttipyöriin ja ohjausmomentin gyroskooppiin nähden on liikkuvien osien puuttuminen ja siten huomattavasti parempi luotettavuus.
Haitat
Magneettivastaanottimien suurin haittapuoli on se, että tarvitaan suuria magneettivuon tiheyksiä, jos suuria veneitä on käännettävä erittäin nopeasti. Tämä joko edellyttää erittäin suurta virtaa keloissa tai paljon suurempia ympäröivän vuon tiheyksiä kuin mitä maapallon kiertoradalla on käytettävissä . Tästä johtuen tarjotut vääntömomentit ovat hyvin rajoitettuja, ja ne vain nopeuttavat tai hidastavat avaruusaluksen asennemuutosta minuuttisummilla. Ajan myötä aktiivinen ohjaus voi tuottaa nopeaa kehruua jopa maan päällä, mutta tarkkaan asennon hallintaan ja vakauttamiseen annetut vääntömomentit eivät usein riitä. Tämän voittamiseksi magnetorquer yhdistetään usein reaktiopyöriin .
Laajempi haitta on riippuvuus maapallon magneettikentän voimakkuudesta, joten tämä lähestymistapa ei sovellu syvän avaruuden tehtäviin ja soveltuu paremmin myös matalille maapallon kiertoradoille , toisin kuin korkeammille, kuten geosynkronisille . Riippuvuus maapallon magneettikentän voimakkaasti vaihtelevasta voimakkuudesta on myös ongelmallista, koska silloin asennonhallintaongelmasta tulee erittäin epälineaarinen . Asennetta on myös mahdotonta hallita kaikilla kolmella akselilla, vaikka kaikkia kolmea kelaa käytettäisiin, koska vääntömomentti voidaan tuottaa vain kohtisuorassa maapallon magneettikentän vektoriin nähden.
Mikä tahansa johtavasta materiaalista valmistettu pyörivä satelliitti menettää pyörimisnopeuden maapallon magneettikentässä johtuen kehon pyörrevirroista ja vastaavasta jarrutusvoimasta, joka on verrannollinen sen pyörimisnopeuteen. Myös aerodynaamisilla kitkahäviöillä voi olla merkitystä. Tämä tarkoittaa, että magneettivahvistinta on käytettävä jatkuvasti ja tehotasolla, joka riittää vastaamaan olemassa olevia resistiivisiä voimia. Tämä ei ole aina mahdollista astian energiarajoitusten rajoissa.
Michigan Exploration Laboratory (MXL) epäilee, että M-Cubed CubeSat , MXL: n ja JPL: n yhteishanke, liitettiin magneettisesti Explorer-1 Prime: een , toiseen samanaikaisesti julkaistuun CubeSatiin, voimakkaiden, sisäänrakennettujen magneettien avulla, joita käytettiin passiiviseen asenteeseen. käyttöönoton jälkeen 28. lokakuuta 2011. Tämä on kahden satelliitin ensimmäinen rikkomaton salpa.
