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TU Berlin

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Lageregelungssystem

Magnetfeldsensoren des BEESAT-2
Lupe

Das Lageregelungssystem des BEESAT-2 verfügt alle Komponenten, die für eine Lagestabilisierung und -kontrolle in drei Achsen notwendig sind. Der Lageregelungstakt beträgt 2 Hz.
Zu den Sensoren zählen eigens entwickelte Sonnensensoren, die auf jeder der sechs Außenflächen des Satelliten angebracht sind. Jeder Sonnensensor kann den Winkel des einfallenden Sonnenlichtes in zwei Achsen bestimmen.
Weiterhin messen zwei dreiachsige Magnetometer nach dem Prinzip des magnetoresistiven Effekts das Erdmagnetfeld. Drei einachsige MEMS Drehratensensoren ermitteln die aktuelle Winkelgeschwindigkeit des Satelliten entlang seiner Körperachsen.

MEMS Drehratensensoren entlang der drei Körperachsen des BEESAT-2
Lupe

Um aus diesen Messwerten eine Lageinformation zu erhalten, benötigt der Bordcomputer Referenzvektoren. Aus der Kenntnis der Orbitparameter und der aktuellen Zeit wird mithilfe des SGP4-Algorithmus neben der Orbitposition – also dem Vektor vom Erdmittelpunkt zu Satelliten – auch ein Richtungsvektor zur Sonne im inertialen Koordinatensystem berechnet. Um einen möglichst genauen Wert zu erhalten, werden ebenfalls Barizentrumsbewegungen des Sonnensystems berücksichtigt.
Anhand der Position des Satelliten im Orbit kann nun über ein aktuelles Referenzmodell des Erdmagnetfelds (IGRF11) ein weiterer Bezugsvektor bestimmt werden. Beide Referenzvektoren, der Richtungsvektor zur Sonne und der Magnetfeldvektor, werden durch ein statistisches Schätzverfahren (QUEST) mit den gemessenen Werten von bis zu fünf Sensoren verglichen, sodass eine Lageinformation mit Bezug zum inertialen Koordinatensystem gewonnen wird, die einen möglichst geringen Fehler in der Rotationsmatrix zwischen den berechneten und den gemessenen Vektoren aufweist.

Mikroreaktionsräder als Aktuatoren der Lageregelung des BEESAT-2
Lupe

Auf Seiten der Aktuatorik besitzt BEESAT-2 sechs Magnetspulen, die an den Außenflächen angebracht sind, und drei Mikroreaktionsräder, die entlang seiner Körperachsen montiert sind. Die Magnetspulen erlauben ein Abschwächen der Rotationsgeschwindigkeit des Satelliten durch gezielte Wechselwirkung mit dem Erdmagnetfeld. Hierzu wird zunächst noch keine vollständige Lageinformation benötigt.
Die Reaktionsräder werden verwendet, um den zuvor stabilisierten Satelliten auf ein Ziel auszurichten. Dazu werden verschiedene Regelkreise geschlossen: Der damping-mode reduziert die Drehrate des Satelliten auf ein Minimum, der slew-mode erlaubt die Drehung um große Winkelbeträge entlang des kürzesten Weges, und der fine-pointing-mode erhält die Ausrichtung auf ein zuvor bestimmtes Ziel mit hoher Genauigkeit. Der fine-pointing-mode kann dabei auf ein inertial feststehendes Ziel, sogenanntes interial-pointing, oder auf den Erdmittelpunkt gerichtet sein, sogenanntes earth-pointing. Die Reaktionsräder verfügen über eine eigene Platine zur Ansteuerung der bürstenlosen Motoren, die im Regeltakt von 10 Hz eine Drehzahl- und Drehmomentenregelung erlaubt.
Die Magnetspulen und die Reaktionsräder können durch das Bodenpersonal ebenfalls manuell bedient und getestet werden.

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