En los últimos 20 años, los satélites cúbicos han desempeñado un papel importante en el campo de la exploración y la investigación de la tecnología aeroespacial. El funcionamiento de los CubeSats en órbita requiere un sistema de determinación y control de actitud (ADCS). El magnetorquer integrado en la PCB es uno de los ADCS más precisos y eficientes, y el más adecuado para proporcionar par a los satélites en órbita terrestre baja (LEO) con el fin de controlar la dirección del satélite.
¿Qué son los Cubesats?
Los CubeSats, también conocidos como satélites cúbicos, son pequeños satélites que se utilizan normalmente para poner en órbita pequeñas cargas útiles experimentales. Debido a su pequeño tamaño, bajo coste y bajo consumo energético, se utilizan en muchos campos, incluyendo experimentos científicos aeroespaciales, monitorización del entorno terrestre, GPS, etc.
Normalmente se clasifican según el número de unidades que los componen, donde una unidad (1U) es un módulo de (10 x 10 x 10) cm3. Por lo general, los CubeSats son de 1U, 2U, 3U o incluso 6U, y uno de los retos más comunes en el funcionamiento de estos satélites es controlar la actitud del CubeSat, o su orientación en el espacio. Esto se hace utilizando algún tipo de sistema de determinación y control de actitud (ADCS).
¿Qué es Magnetorquer?
Un magnetorquer es un sistema de control de actitud (ADCS) relativamente barato que aplica un par externo a un CubeSat. A veces los llamamos simplemente «pares», y se dividen en dos categorías: «barras de par cilíndricas» y «bobinas de par magnético compactas». Ambos funcionan según la ley de Solenoid y la ley de Ampere, pero el primero contiene material de ferrita para mejorar su momento dipolar magnético.
Dado que la fuente de par se basa en la fuerza de Lorentz, existe un eje incontrolable paralelo al vector de densidad de flujo geomagnético. Además, los torques magnéticos solo pueden funcionar en entornos que contengan un campo magnético suficientemente localizado, como la órbita terrestre baja (LEO).
El magnetotorquero también requiere información sobre el vector de densidad de flujo magnético local para su lógica de control de actitud. Una forma sencilla de obtener estos datos es utilizar un magnetómetro. La propagación utilizando el modelo IGRF también funciona. El control basado en el par es probablemente el enfoque más sencillo para el control activo de la actitud. Sin embargo, su precisión de control es de solo 1 a 5 grados.
Diagrama de bloques del magnetotorquero
Tipos de magnetorquer
Barra magnética cilíndrica
Un magnetorquer cilíndrico consta de una bobina cilíndrica de alambre y un imán permanente que se monta dentro de la nave espacial.
Cuando se hace pasar una corriente eléctrica a través de la bobina, se genera un campo magnético que interactúa con el campo magnético del imán permanente. Esta interacción produce un par que puede utilizarse para girar la nave espacial en la dirección deseada.
Una de las ventajas del magnetorquer cilíndrico es su simplicidad y fiabilidad. Se puede integrar fácilmente en el diseño de la nave espacial y requiere un mantenimiento mínimo. Además, es un dispositivo de bajo consumo, lo que es importante para las naves espaciales que tienen recursos energéticos limitados.
La barra magnética cilíndrica es el mejor magnetorquer disponible para la generación de pares más altos y, en consecuencia, mejores controles de actitud. La barra magnética también está diseñada para adaptarse completamente a las dimensiones de un CubeSat.
Bobina compacta Magnetorquer
La bobina del magnetorquer compacto suele estar hecha de un alambre fino enrollado alrededor de un núcleo, que normalmente está fabricado con un material magnético como hierro o ferrita. Cuando la corriente eléctrica pasa por el alambre, crea un campo magnético que interactúa con el campo magnético terrestre, provocando que la nave espacial gire.
El diseño compacto de la bobina magnetorquer es importante porque el espacio es limitado en la mayoría de las naves espaciales y satélites. Por lo tanto, es muy deseable disponer de un dispositivo más pequeño que pueda seguir produciendo un campo magnético suficiente. Además, una bobina magnetorquer compacta puede reducir el peso y el coste del sistema en su conjunto.
Hay varias empresas que producen bobinas magnetorquer compactas, entre ellas CubeSatShop, Sinclair Interplanetary y Blue Canyon Technologies. Estas empresas ofrecen una gama de tamaños y diseños para satisfacer las necesidades específicas de diferentes misiones espaciales y satelitales.
Magnetorquer PCB Solutions
Hay pocos proveedores que vendan placas PCB magnetorquer para Cubesat en el mercado, uno de ellos es ISISPACE.
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