За последние 20 лет кубические спутники сыграли важную роль в области исследований и разработок в аэрокосмической технологии. Для работы CubeSats на орбите требуется система определения и контроля ориентации (ADCS). Магнитный тормоз, встроенный в печатную плату, является одной из точных и эффективных систем ADCS, которая наиболее подходит для создания крутящего момента на спутниках на низкой околоземной орбите (LEO) с целью управления направлением движения спутника.
Что такое кубсаты?
CubeSats, также известные как Cube Satellites, представляют собой небольшие спутники, которые обычно используются для вывода на орбиту небольших экспериментальных грузов. Благодаря своим небольшим размерам, низкой стоимости и низкому энергопотреблению, они используются во многих областях, включая аэрокосмические научные эксперименты, мониторинг наземной среды, GPS и т. д.
Они обычно классифицируются по количеству единиц, из которых они состоят, где одна единица (1U) представляет собой модуль размером (10 x 10 x 10) см3. Обычно CubeSats имеют размеры 1U, 2U, 3U или даже 6U, и одной из распространенных проблем при эксплуатации этих спутников является управление положением CubeSat, или его ориентацией в космосе. Это осуществляется с помощью системы определения и контроля ориентации (ADCS).
Что такое магнитный тормоз?
Магнитный торкер — это относительно недорогая система управления ориентацией (ADCS), которая прикладывает внешний крутящий момент к CubeSat. Иногда мы просто называем их «торкерами», и они бывают двух типов: «цилиндрические торкерные стержни» и «компактные магнитные торкерные катушки». Оба типа работают на основе закона соленоида и закона Ампера, но первый содержит ферритовый материал для усиления магнитного дипольного момента.
Поскольку источник крутящего момента основан на силе Лоренца, существует неконтролируемая ось, параллельная вектору плотности геомагнитного потока. Кроме того, магнитные торкеры могут функционировать только в средах, содержащих достаточно локализованное магнитное поле, таких как низкая околоземная орбита (LEO).
Магнитный торкер также требует информации о векторе плотности магнитного потока для своей логики управления ориентацией. Простым способом получения таких данных является использование магнитометра. Также работает распространение с использованием модели IGRF. Управление на основе крутящего момента, вероятно, является самым простым подходом к активному управлению ориентацией. Но его точность управления составляет всего около 1-5 градусов.
Блок-схема магнитного тормоза
Типы магнитных тормозов
Цилиндрический магнитный тормозной стержень
Цилиндрический магнитный тормоз состоит из цилиндрической катушки проволоки и постоянного магнита, установленного внутри космического аппарата.
Когда через катушку пропускается электрический ток, возникает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита. Это взаимодействие создает крутящий момент, который можно использовать для поворота космического аппарата в желаемом направлении.
Одним из преимуществ цилиндрического магнитного торкера является его простота и надежность. Он может быть легко интегрирован в конструкцию космического аппарата и требует минимального обслуживания. Кроме того, это устройство с низким энергопотреблением, что важно для космических аппаратов с ограниченными энергетическими ресурсами.
Цилиндрический магнитный стержень является лучшим из доступных магнитных торкеров для создания более высоких крутящих моментов и, следовательно, лучшего управления ориентацией. Магнитный стержень также разработан таким образом, что полностью соответствует размерам CubeSat.
Компактная магнитная катушка
Катушка компактного магнитного тормоза обычно изготавливается из тонкой проволоки, намотанной на сердечник, который, как правило, изготавливается из магнитного материала, такого как железо или феррит. Когда электрический ток проходит через проволоку, он создает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем Земли, вызывая вращение космического аппарата.
Компактная конструкция катушки магнитного торкера важна, поскольку на большинстве космических аппаратов и спутников пространство ограничено. Поэтому очень желательно иметь более компактное устройство, которое все же может создавать достаточное магнитное поле. Кроме того, компактная катушка магнитного торкера может снизить вес и стоимость всей системы.
Существует несколько компаний, которые производят компактные катушки магнитного тормоза, в том числе CubeSatShop, Sinclair Interplanetary и Blue Canyon Technologies. Эти компании предлагают различные размеры и конструкции, чтобы удовлетворить конкретные потребности различных космических аппаратов и спутниковых миссий.
Магнитные тормоза PCB Solutions
На рынке есть несколько поставщиков, которые продают печатные платы магнитных тормозов для кубсатов, одним из них является ISISPACE.
Если вы хотите самостоятельно разработать дизайн платы магнитного тормоза, мы готовы вам помочь!
