طراحی، ساخت و تست گشتاوردهنده مغناطیسی سه محوره ماهواره مکعبی مجتمع بر برد درایور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، پژوهشکده رانشگرهای فضایی، تبریز، ایران

2 دانشجوی دکترا، پژوهشکده رانشگرهای فضایی، تبریز، ایران

چکیده

در این مقاله، به طراحی، ساخت و تست گشتاوردهنده مغناطیسی سه محوره مجتمع بر برد درایور ماهواره مکعبی مطابق با الزامات نمونه خارجی شرکت ISIS پرداخته می‌شود. گشتاوردهنده‌های مغناطیسی بر اساس الزامات مشخص شده ماموریتی، یک میدان مغناطیسی در اطراف ماهواره تولید می‌کنند که با میدان مغناطیسی کره زمین در تعامل بوده و یک گشتاور در ماهواره تولید کرده و به این ترتیب مومنتم زاویه‌ای ماهواره قابل تغییر و کنترل خواهد بود. استفاده از این عملگرها در زیر سیستم کنترل وضعیت از مزایایی مانند عدم نیاز به مواد سوختی (مانند تراسترها)، توان مصرفی پایین، عدم وجود قطعات متحرک بهره برده و به‌ویژه در ماهواره‌های مکعبی از محبوبیت بالایی برخوردار می‌باشند. تمرکز فضای طراحی در به حداکثر رساندن ممان دوقطبی مغناطیسی برای یافتن بردار پاسخ شامل تعداد دور، طول و شعاع هسته برای گشتاوردهنده‌های هسته‌دار و تعداد دور و ابعاد هسته غیرمغناطیسی برای هسته هوا است. طراحی مشخصات سیم‌پیچ‌ها بر اساس روش بهینه‌سازی تکرارپذیر برنامه ریزی درجه دوم متوالی SQP تحت محدودیت‌های نابرابری الزاماتی مانند جرم، توان و ... با هدف رسیدن به ممان دوقطبی مغناطیسی Am2 2/0 انجام گرفته است. این گشتاوردهنده‌های مجتمع سه محوره به همراه درایور مربوطه توسط سنسور مغناطیس‌سنج HMR2300 شرکت Honeywell بعد از انداز‌گیری میدان مغناطیسی تولیدی با استفاده از رابطه ممان دوقطبی مغناطیسی صحه‌گذاری گردید. نتایج بدست آمده حاکی از برآورده‌کردن مشخصات مدنظر نمونه خارجی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design, manufacture and testing of integrated three-axis magnetic torque cube satellite on driver board

نویسندگان [English]

  • Morteza Farhid 1
  • hosein beheshti 2
1 Assistant Professor, Space Propulsion Research Institute, Tabriz, Iran
2 PhD student, space propulsion research institute, Tabriz, Iran
چکیده [English]

In this paper, the design, fabrication and testing of an integrated three-axis magnetic torque on the cube satellite driver range in accordance with the requirements of ISIS's external sample. Based on the specified mission requirements, magnetic torque generators generate a magnetic field around the satellite that interacts with the Earth's magnetic field and produces a torque on the satellite, so that the satellite's angular momentum can be changed and controlled. The use of these actuators in the status control system has advantages such as no need for fuel (such as thrusters), low power consumption, lack of moving parts and is especially popular in cubic satellites. The focus of the design space is on maximizing the magnetic dipole moment to find the response vector, including the number of turns, the length and radius of the core, and the number of turns and dimensions of the non-magnetic nucleus for the air core. The design of the windings based on the optimization method of sequential quadratic SQP programming under the constraints of inequality requirements such as mass, power, etc. has been done with the aim of achieving a magnetic dipole moment of 0.2 Am2. This three-axis integrated torques with their integrated drivers were calibrated by Honeywell's HMR2300 magnetometer sensor after measuring the generated magnetic field using a magnetic dipole moment relationship. The results show that the specifications of the designed sample are met.

کلیدواژه‌ها [English]

  • cubesats
  • ADS subsystem
  • magnetorquer
  • optimization

Smiley face

مراجع

[1]       Junquan Li, Mark Post, Thomas Wright, and Regina Lee, “Design of Attitude Control Systems for Cube Sat Class Nanosatellite," Hindawi Publishing Corporation J. Control Sci. Eng., Volume21, 2013.
[2]       Y.W. Jan and J. C. Chiou, “Attitude control system for ROCSAT-3 microsatellite: a conceptual design,” Acta Astronautica, vol. 56, no. 4, pp. 439–452, 2005.
[3]       M. Ovchinnikov, V. Pen’kov, O. Norberg, and S. Barabash, "Attitude control system for the first Swedish nanosatellite ‘MUNIN’,” Acta Astronautica, vol. 46, no. 2, pp. 319–326, 2000.
[4]       M. I.Martinelli and R. S. S. Pena, "Passive 3 axis attitude control of MSU-1 pico-satellite,” Acta Astronautica, vol. 56, no. 5, pp. 507–517, 2005.
[5]       G. P. Candini, F. Piergentili, and F. Santoni, “Miniaturized attitude control system for nanosatellites,” Acta Astronautica, vol. 81, pp. 325– 334, 2005.
[6]       J. Lee, A. Ng, R. JobanputraISIS Magnetorquer board, “ On determining dipole moments of a magnetic torquer rod,” experiments and discussions, Journal of Canadian Aeronautics and Space, 2002.
[7]       Wertz, J.R., “ Spacecraft Attitude Determination and Control,” Kluwer Academic Publishers, 1978.
[8]       Niki Sajjad; Mehran Mirshams; shahrokh jaliian,"   Development of MIL and PIL testbed for Student Microsatellite Attitude Control Subsystem," Jsst, Autumn 2020.
[9]       Mark L. Psiaki, "Global Magnetometer-Based Spacecraft Attitude and Rate Estimation," J Guid Control Dyn, March–April 2004.
[10]    Sakai, S., Y. Fukushima, and H. Saito," Studies on Magnetic Attitude Control System for the REIMEI Microsatellite," in Guidance, Navigation, and Control, AIAA: Keyston, Colorado 2006.
[11]    R. C. JACKSONB, E. W. LEE, A. G. H. TROUGHTONB," The influence of the method of demagnetization on the reversible permeability of a high- permeability nickel-iron alloy," Br. J. Appl. Phys, June 1985.
[12]    Max Pastena, James Barrington-Brown, "Comparison of Magnetorquer Performance," Presentation to CubeSat Workshop, August 2010.
[13]    Duncan Miller, “Design optimization of the CADRE Magnetorquers", University of Michigan, Ann Arbor, May 2, 2013.
[14]    Bo Bai, Jun Zhou and Shengyun Wang," Design of High-Performance Magnetorquer with Air Core for CubeSat", JNWPU Volume 36, Number 1, February 2018.
[15]    Magnetorquers: an overview of magnetic torquer products available on the global marketplace for space,” https://blog.satsearch.co/2019-08-21-magnetorquers-an-overview-of-magnetic-torquer-products-available-on-the-global-marketplace-for-space, 2019.
[16]    Wolf, D.A.D, “Essentials of Electromagnetics for Engineering,” Cambridge University Press, 2001.
[17]    ISIS Magnetorquer board,” https://www.cubesatshop.com/product/isis-magnetorquer-board, 2019.
[18]    A.khorshidi, A.r Kosari, " Design and implementation of attitude determination control subsystem for cubesats in detumbling mode," 19th International Conference of Iranian Aerospace Society, Tehran, 1398 (in persian).
[19]    J. Lee, A. Ng and R. Jobanputra, "On Determining Dipole Moments of a Magnetic Torque Rod-Experiments and Discussions," Canadian Aeronautics and Space Journal. vol. 48. No. 1, pp. 61-67, march 2002.
[20]    Mohamad Fakhari Mehrjardi. Design and Manufacturing of a Research Magnetic Torquer Rod. Contemporary Engineering Sciences, Vol. 3, 2010, no. 5, 227-236, 3:227-236, 2010.
[21]    M. H. Amini, A. R. Mallahzadeh,” On the Analysis of Electromagnetic Susceptibility of Superconducting Microstrip Transmission Lines in Oblique Incidence”, Journal of Applied Electromagnetic, Vol. 9, No.1, 2020-2021.
الکترومغناطیس کاربردی
دوره 11، شماره 2 - شماره پیاپی 27
شماره پیاپی 27، پاییز و زمستان
مهر 1402
صفحه 33-41

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 28 خرداد 1402
  • تاریخ بازنگری: 09 مهر 1402
  • تاریخ پذیرش: 22 مهر 1402
  • تاریخ انتشار: 16 آبان 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار