Negli ultimi 20 anni, i satelliti Cube hanno svolto un ruolo importante nel campo dell’esplorazione e della ricerca tecnologica aerospaziale. Il funzionamento dei CubeSat in orbita richiede un Sistema di Determinazione e Controllo dell’Assetto (ADCS). Il magnetorquer integrato nel PCB è uno dei sistemi ADCS accurati ed efficienti, più adatto a fornire coppia ai satelliti in orbita terrestre bassa (LEO) per controllare la direzione del satellite.
Cosa sono i Cubesat?
I CubeSat, noti anche come Cube Satellites, sono piccoli satelliti tipicamente utilizzati per lanciare piccoli carichi sperimentali in orbita. Grazie alle sue piccole dimensioni, al basso costo e al basso consumo energetico, viene utilizzato in molti campi, tra cui esperimenti di scienze aerospaziali, monitoraggio ambientale del suolo, GPS, ecc.
Sono tipicamente categorizzati in base al numero di unità di cui sono composti, dove un’unità (1U) è un modulo (10 x 10 x 10) cm3. Comunemente, i CubeSat sono 1U, 2U, 3U o anche 6U, e una delle sfide comuni nel funzionamento di questi satelliti è controllare l’assetto del CubeSat, o il suo orientamento nello spazio. Questo viene fatto utilizzando una sorta di sistema di determinazione e controllo dell’assetto (ADCS).
Cos'è il Magnetorquer?
Un magnetorquer è un sistema di controllo dell’assetto ADCS relativamente economico che applica una coppia esterna a un CubeSat. A volte li chiamiamo semplicemente “coppie”, e sono disponibili in due categorie, “aste torquemetriche cilindriche” e “bobine di coppia magnetiche compatte”. Entrambi funzionano in base alla legge di Solenoide e alla legge di Ampère, ma il primo contiene materiale in ferrite per migliorare il suo momento dipolare magnetico.
Poiché la fonte di coppia si basa sulla forza di Lorentz, esiste un asse incontrollabile parallelo al vettore di densità del flusso geomagnetico. Inoltre, i torquemetrici magnetici possono funzionare solo in ambienti che contengono un campo magnetico sufficientemente localizzato, come l’orbita terrestre bassa (LEO).
Il magnetorquer richiede anche informazioni sul vettore di densità del flusso magnetico locale per la sua logica di controllo dell’assetto. Un modo semplice per ottenere tali dati è utilizzare un magnetometro. Funziona anche la propagazione utilizzando il modello IGRF. Il controllo basato sulla coppia è probabilmente l’approccio più semplice al controllo attivo dell’assetto. Ma la sua precisione di controllo è di solo 1~5 gradi.
Schema a blocchi del Magnetorquer
Tipi di Magnetorquer
Asta magnetorquemometrica cilindrica
Un magnetorquer cilindrico è costituito da una bobina cilindrica di filo e un magnete permanente montato all’interno del veicolo spaziale.
Quando una corrente elettrica viene fatta passare attraverso la bobina, viene generato un campo magnetico che interagisce con il campo magnetico del magnete permanente. Questa interazione produce una coppia che può essere utilizzata per ruotare il veicolo spaziale nella direzione desiderata.
Uno dei vantaggi di un magnetorquer cilindrico è la sua semplicità e affidabilità. Può essere facilmente integrato nel design del veicolo spaziale e richiede una manutenzione minima. Inoltre, è un dispositivo a basso consumo energetico, importante per i veicoli spaziali che hanno risorse energetiche limitate.
L’asta magnetica cilindrica è il miglior magnetorquer disponibile per la generazione di coppie più elevate e, di conseguenza, un migliore controllo dell’assetto. L’asta magnetica è anche progettata per adattarsi completamente alle dimensioni di un CubeSat.
Bobina magnetorquemometrica compatta
La bobina del magnetorquer compatto è tipicamente realizzata con un filo sottile avvolto attorno a un nucleo, solitamente realizzato con un materiale magnetico come il ferro o la ferrite. Quando una corrente elettrica passa attraverso il filo, crea un campo magnetico che interagisce con il campo magnetico terrestre, causando la rotazione del veicolo spaziale.
Il design compatto della bobina magnetorquer è importante perché lo spazio è limitato sulla maggior parte dei veicoli spaziali e dei satelliti. Pertanto, un dispositivo più piccolo che possa comunque produrre un campo magnetico sufficiente è altamente desiderabile. Inoltre, una bobina magnetorquer compatta può ridurre il peso e il costo dell’intero sistema.
Ci sono diverse aziende che producono bobine magnetorquer compatte, tra cui CubeSatShop, Sinclair Interplanetary e Blue Canyon Technologies. Queste aziende offrono una gamma di dimensioni e design per soddisfare le esigenze specifiche di diversi veicoli spaziali e missioni satellitari.
Soluzioni PCB Magnetorquer
Ci sono pochi fornitori che vendono schede PCB magnetorquer per Cubesat sul mercato, uno di questi è ISISPACE.
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