¿Podría un imán permanente articulado funcionar como un magnetotorquer cubesat de baja potencia? ¿Problemas?

Los magnetotorquers convencionales para cubesats son electroimanes que producen torque en el campo magnético de la Tierra, y casi toda la energía que usan solo calienta el cobre a través de yo 2 R pérdidas. Un imán permanente que estuviera articulado con algún tipo de mecanismo similar a un cardán que pudiera apuntarlo en una amplia variedad de orientaciones dentro del cubo podría, en principio, hacer esto también, usando solo una pequeña fracción de la energía.

Hay muchos problemas de diseño relacionados con un diseño magnético que maximizaría el efecto y mantendría el peso bajo. Es posible que deba haber una posición de estacionamiento a prueba de fallas para que el satélite no sea "magnéticamente activo" externamente hasta que esté completamente desplegado y operativo, un poco como esas bases magnéticas que se usan en los talleres mecánicos. Un diseño realista podría requerir un par finito en la articulación simplemente debido a las fuerzas entre el imán y su "posición segura" u otros materiales ferromagnéticos que podrían ser sustancialmente mayores que el par relacionado con el campo magnético de la Tierra.

  1. Esto suena genial, pero ¿es funcionalmente realista para un cubesat de bajo U?
  2. ¿Existen reglas sobre los imanes permanentes dentro de los cubesats, ya sean regulatorios o de proveedores de lanzamiento individuales, que podrían ser un "rompe el trato"?

abajo: un ejemplo de una Base Magnética (rotada) de aquí . El magnetotorquer de imán permanente (PM) no se vería así ni sería tan pesado. Es solo un ejemplo del concepto de un objeto PM con una posición similar a "apagado".

ingrese la descripción de la imagen aquí

Respuestas (1)

RAX y RAX-2 y posiblemente otros cubesats lanzados por la Universidad de Michigan (no recuerdo en este momento) usaron imanes fijos a base de neodimio en su eje Z+. Se agregó histéresis para descargar cualquier impulso residual después de la expulsión del P-Pod. En las misiones RAX, los imanes se usaron para orientar el satélite verticalmente sobre los polos donde se llevaron a cabo las misiones científicas.

No he seguido de cerca la industria de los satélites pequeños últimamente, pero estimaría que está totalmente dentro del ámbito de lo factible, pero con sus riesgos. Los Cubesats a menudo se construyen con aluminio. Si bien se pueden usar otros materiales ferromagnéticos y bucles de corriente en la electrónica, creo que un servomotor bien elegido podría superar la mayoría de los problemas. El mayor riesgo en mi mente sería lidiar con vibraciones en el lanzamiento. Las piezas móviles tienden a tener un mayor riesgo.

Sí, hay reglas sobre los imanes (y casi todo lo demás) en las cargas útiles secundarias. La carga útil principal generalmente tiene muchas veces más riesgo invertido, por lo que controlan casi todo sobre las cargas útiles secundarias. El proveedor de lanzamiento también tendrá algo que decir. Casi siempre es caso por caso. Los que más riesgos corren son probablemente otras cargas útiles secundarias a bordo. Por ejemplo, se creía que M-Cubed (otro satélite lanzado en Michigan) se había adherido a otro cubesat usando control magnético pasivo, lo que hacía que ambas misiones fueran una pérdida.

Descargo de responsabilidad: trabajé en las misiones mencionadas aquí, así como en algunas otras.

"¡Primeras misiones CubeSat de EE. UU. para demostrar de manera efectiva el encuentro en órbita!" Estos chicos saben cómo mantenerse optimistas: p
¡Esta es información realmente útil y una gran ayuda para comenzar a leer! ¿Crees que podrías sacar algún tipo de valor para el momento magnético de uno de esos imanes permanentes en comparación con algún magetotorrquer típico? ¿Son aproximadamente los mismos valores aproximados, o uno es claramente mucho más fuerte que el otro? ¡Gracias!
@uhoh: mientras que el imán permanente probablemente se ajustará a una mejor fuerza de campo por masa/volumen invertido (a menos que se le permita al magnetorquer drenajes de corriente excesivos, y ¿de dónde obtendría la potencia para eso?) el problema definitivo es la oscilación. La aguja magnética se tambalea de un lado a otro antes de detenerse y apuntar al norte, debido a la fricción. En el espacio no hay fricción que extinga la oscilación. Deben utilizarse otros medios para disipar la energía de oscilación.
PUEDE hacerse de forma pasiva, por ejemplo, incluyendo un imán extra pequeño suspendido en un recipiente de líquido; la energía de rotación sería disipada por el imán girando en el líquido. Pero eso es más dolores de cabeza (por ejemplo, su imán en líquido podría seguir orientándose en los imanes permanentes, y no en el norte)
@SF. esto es impulsado activamente . Imagina que el cubo es transparente. Si el cubo gira hacia la derecha, el PM gira dentro del cubo de modo que siempre apunta aproximadamente al este ~90 a la derecha, formando un par constante hacia la izquierda. Cuando llega a una parada, de repente se voltea verticalmente. No hay (casi) momento angular y, al mismo tiempo, no hay par. esta parado Si hay un pequeño momento angular sobrante o una desalineación en cualquier dirección, se inclina ligeramente hacia el campo de la Tierra y lo desconecta. La "D" de PID es para amortiguación (activa).
@Uhoh Busque en Google "cubesat magnetorquer" un montón de publicaciones sobre torques del tamaño de cubesat. consulte la página de publicaciones de MXL para obtener información sobre la elección de los imanes pasivos: explore.engin.umich.edu/blog/?page_id=10
Además, puede buscar en Google "M-Cubed-2 magnetorquer" para obtener imágenes del torquer utilizado en la próxima misión.
@AndrewW. OK, hay una gran cantidad de discusiones en profundidad para estudiar allí, un esfuerzo muy bien documentado, ¡gracias! Puedo ver que los riesgos de un imán permanente son reales, y algún tipo de estacionamiento a prueba de fallas del imán en una posición totalmente desviada será absolutamente esencial.
@SF FYI La D significa Diferencial.
@SF. ¡Ay! Ha pasado bastante tiempo. (en)Andrew W. es correcto - gracias! La 'D' en PID es para diferencial y nada más. " El gas de pantano de un globo meteorológico quedó atrapado en una bolsa térmica y reflejó la luz de Venus " y me distrajo momentáneamente.
Si estamos hablando del control de procesos clásico, PID significa Proporcional-Integral- Derivativo .
Hola, @AndrewW, es bueno ver a otros MXLers aquí. Estaba seguro de que no podía ser el único. ¡Viva RAX! ¿Sabes si alguien más está aquí también?
Hola @KnudsenNumber, estuve en el laboratorio desde RAX hasta MC2 y todo lo demás. No tengo idea de quién más está activo aquí en space.stackexchange. (No pude encontrar la manera de enviarte un MP...)
Hablando de los riesgos que una carga útil puede representar para otra, acabo de preguntar : ¿La desgasificación de un satélite ha afectado alguna vez a otro satélite en el mismo carenado? ¿Ejemplos documentados?
¿Podría un imán permanente articulado funcionar como un magnetotorquer cubesat de baja potencia? ¿Problemas?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v