ADCS

Je vysoko pravdepodobné, že satelit naberie po vypustení z rakety do vesmíru nechcenú rotáciu. Prvou úlohou systému stabilizácie a orientácie (ADCS) bude teda zastavenie tejto rotácie. Nasledovať bude orientácia satelitu tak, aby antény smerovali k Zemi a solárne články smerom k Slnku. ADCS bude stabilizovať satelit aj potom.

V prípade skCUBE je systém stabilizácie a orientácie komplexný systém, ktorý zabezpečuje zisťovanie polohy a orientácie na základe informácií z palubných snímačov a stabilizáciu družice vhodným zásahom do akčných cievok. V prípade poruchy sa bude spoliehať na pasívnu kontrolu, počas ktorej sa akčné cievky zapnú a zrovnajú satelit pozdĺž magnetického poľa Zeme. Systém sa dá rozdeliť na dve podsystémy.

Na zisťovanie orientácie v priestore používame viacero senzorov: magnetometer, gyroskop, sunsensor a earthsensor. Magnetometer a gyroskop sú malé SMD súčiastky s MEMS štruktúrou, ktoré je však pre potreby merania treba presne nakalibrovať. Na kalibráciu magnetometrov sme využili sústavu helmholtz cievok a presný fluxgate magnetometer. Špeciálnou súčiastkou je sunsensor, ktorý dokáže veľmi presne určiť polohu družice voči Slnku. Slnko je totiž vo vesmíre jednoznačný oporný bod. Základom je duo-lateral PSD detektor a následne spracovanie pomocou AD prevodníka. Posledným snímačom na zisťovanie polohy je Earthsensor. Je to vlastne termokamera s rozlíšením 16x4pixelov, ktorá dokáže na základe teplotného rozdielu detegovať horizont Zeme.

Družica po vypustení z raketového nosiča naberie prvotnú, náhodnú rotáciu, ktorú je potrebné vykompenzovať a satelit stabilizovať. Na zastavenie rotácie sa využíva algoritmus B-dot [1] , ktorý na základe derivácie magnetického poľa privádza impulzy do akčných cievok schopných “oprieť” sa o magnetické poloe Zeme.

Akčné cievky sú elektromagnetické cievky s jadrom, ktoré po privedení prúdu interagujú s magnetickým poľom Zeme. V podstate využívame siločiaru magnetického poľa Zeme ako oporný bod, okolo ktorého otáčame satelitom.

Veľkým problémom týchto cievok býva hysteréza samotného jadra, ktorá spôsobuje remanentný magnetizmus, ktorý potom ovplyvňuje samotné meranie magnetometrom.  Preto sme vyrobili jadro s extrémne malou hysteréznou slučkou.

B-dot algoritmus má za úlohu stabilizovať satelit po jeho vypustení na orbitu. V niektorých prípadoch sa totiž môže stať, že po uvoľnení z vypúštacieho kontajneru satelit začne príliš rýchlo rotovať, čo môže značne skomplikovať, v extrémych prípadoch dokonca znemožniť rádiovú komunikáciu. Preto je potrebné, aby vedel automaticky, bez našej pomoci rotáciu spomaliť.

Kvôli čo najpresnejšiemu údaju o aktuálnej orientácii družice, bola potrebná kalibrácia jej magnetometrov [2]. Meranie prebiehalo v helmholtzových cievkach generujúcich rôzne vektory magnetického poľa. Tie sa následne čítali internými magnetometrami, ktoré sú umiestnené na palube družice. Po zozbieraní dostatočného množstva dát zo snímačov sa následne spracovali s pomocou algoritmu, ktorý využíva princíp neurónových sietí a všetky potrebné konštanty sa za pár sekúnd zobrazili na obrazovke.

Po kalibrácii magnetometrov sme sa pustili do testovania B-dot algoritmu [2], ktorý zabezpečí zbrzdenie prvotnej rotácie družice po vypustení z kontajnera. Algoritmus funguje vcelku jednoducho. Akčný zásah do cievok je úmerný derivácii magnetického poľa. Čím je teda zmena magnetického poľa v danej osi väčšia, tým je väčší aj akčný zásah.

Referencie

[1] A. Stickler a K. Alfriend, An elementary magnetic attitude control system, American Instutute of Aeronautics and Astronautics, Mechanics and Control of Flight Conference, Anaheim, California vol. 5, 1974.

[2] Juraj Slačka, 2015, Autoreferát k dizertačnej práci, RIADIACI POČÍTAČ SLOVENSKEJ DRUŽICE TYPU CUBESAT http://www.fei.stuba.sk/docs//2015/autoreferaty/Slacka_autoref.pdf