자기 장식

자기관 또는 자기관(토크 로드라고도 함)은 전자기 코일로 만들어진 자세 제어, 멈춤 및 안정화를 위한 위성 시스템이다.자석은 주변 자기장(보통 지구의 자장)과 접촉하는 자석 쌍극자를 생성하여 생성되는 카운터-포스가 유용한 토크를 제공한다.

기능원리

마그네토커는 본질적으로 확장된 영역에서 회전 비대칭(비등방성) 자기장을 생성하기 위해 배열된 전자석 집합이다.이 장은 코일을 통과하는 전류 흐름을 켜거나 끄면서 제어되며, 일반적으로 컴퓨터화된 피드백 제어 하에 제어된다.자석 자체는 기계적으로 우주선에 고정되어 있어 자석이 주변 자기장에 가하는 어떤 자력이든 자기 역력으로 이어져 선박의 무게중심에 대한 기계적 토크가 발생하게 된다.이것은 전기 에너지만을 사용함으로써 자기장의 알려진 국부적 경사로에서 자유롭게 우주선을 회전시킬 수 있다.

자석이 생성하는 자석 쌍극자는 공식으로 표현된다.

${\displaystyle \mathbf {m} =nI\mathbf {A},}$

여기서 n은 와이어의 회전수, 나는 제공된 전류, A는 코일의 벡터 영역이다.쌍극자는 자기장과 상호 작용하여 토크를 생성함

${\displaystyle {\boldsymbol {\tau }}=\mathbf {m} \time \mathbf {B},}$

여기서 m은 자기장 쌍극자 벡터, B는 자기장 벡터(우주선의 경우 지구 자기장 벡터), τ은 생성된 토크 벡터다.

건설

자석기의 건설은 요구되는 성능에 따라 정해진 면적과 회전수를 갖는 코일의 실현에 기초한다.그러나 코일을 획득하는 방법은 서로 다르기 때문에, 건설 전략에 따라 명백하게 서로 매우 다르지만 동일한 개념에 근거하여 세 가지 유형의 자석을 찾을 수 있다.^[1]

에어코어 자석관

이것은 위성에 고정된 비전도성 지지대에 감싼 전도성 와이어인 자석의 기본 개념으로 구성된다.이런 종류의 자석은 수용 가능한 질량과 방해물을 가진 일관된 자석 쌍극자를 제공할 수 있다.

임베디드 코일

이것은 태양 전지판의 PCB 내부에 나선 궤적을 만들어 코일의 효과를 발생시킨다.이 용액은 위성이 태양 전지판 안에 완전히 포함되어 있기 때문에 위성에 미치는 영향이 가장 적은 용액이다.그러나 보드 두께의 물리적 한계와 다른 회로 및 전자 구성부품의 존재 때문에 자기 이중극의 높은 값에 도달할 수 없다.

토커로드

이것이 가장 효율적인 해결책이다.전도성 와이어는 코일에 의해 흥분될 때 자화된 강자성 코어를 감싸므로 다른 용액보다 상당히 높은 쌍극자를 생성한다.단, 코일의 자화곡선에 있는 이력 때문에 코일이 꺼져도 남는 자석 쌍극체가 있다는 단점이 있다.따라서 적절한 자기화 절차로 코어의 자기화를 해제할 필요가 있다.일반적으로 코어의 존재(일반적으로 중금속으로 구성됨)는 시스템의 질량을 증가시킨다.

일반적으로 세 개의 코일이 사용되지만, 두 개 또는 한 개의 자석의 구성이 축소되어도 전체 자세 제어가 필요하지 않거나 비대칭 드래그와 같은 외부 힘이 제어 기능을 저하시킬 수 있는 경우 충분할 수 있다.세 개의 코일 어셈블리는 보통 세 개의 수직 코일의 형태를 취하는데, 이 설정은 생성될 수 있는 필드의 회전 대칭을 균등하게 하기 때문이다. 외부 필드와 크래프트가 서로에 대해 어떻게 배치되었든 간에, 항상 거의 동일한 토크가 다른 양의 커러를 사용함으로써 생성될 수 있다.세 개의 다른 코일에 끼우다

전류가 코일을 통과하고 있고 우주선이 외부장에 대해 아직 고정된 방향으로 안정화되지 않은 한, 우주선의 회전은 계속될 것이다.^{[citation needed]}

매우 작은 위성은 코일 대신 영구 자석을 사용할 수 있다.

이점

마그네토너는 가볍고 안정적이며 에너지 효율이 높다.추력기와 달리 소모성 추진체가 필요하지 않기 때문에 코일의 저항 부하에 맞도록 충분한 전력을 사용할 수 있는 한 이론상으로는 무한정 작동할 수 있다.지구 궤도에서 태양열은 태양 전지판을 사용하는 사실상 무진장한 에너지 중 하나이다.

모멘텀 휠과 제어 모멘트 자이로스코프에 대한 또 다른 장점은 움직이는 부품이 없다는 것이며 따라서 신뢰성이 상당히 높다는 것이다.

단점들

마그네토커의 주된 단점은 큰 우주선을 빨리 회전시켜야 한다면 매우 높은 자속 밀도가 필요하다는 것이다.이것은 코일에 매우 높은 전류를 필요로 하거나 지구 궤도에서 이용 가능한 것보다 훨씬 더 높은 주변 유동 밀도를 필요로 한다.결과적으로, 제공되는 토크는 매우 제한적이며, 우주선의 태도 변화를 적은 양으로 가속하거나 감속시키는 역할을 할 뿐이다.시간이 지남에 따라 능동 제어는 지구에서도 빠르게 회전할 수 있지만 정확한 자세 제어와 안정화를 위해 제공된 토크가 불충분한 경우가 많다.이를 극복하기 위해 자기장을 반응 바퀴와 결합하는 경우가 많다.

더 큰 단점은 지구 자기장 강도에 의존하여 이 접근법이 깊은 우주 임무에 적합하지 않고, 또한 지동기 같은 높은 궤도에 비해 낮은 지구 궤도에 더 적합하다는 것이다.지구 자기장의 매우 가변적인 강도에 의존하는 것은, 그 후에 태도 제어 문제가 매우 비선형적이 되기 때문에 문제가 된다.토크는 지구의 자기장 벡터에 수직으로만 생성될 수 있기 때문에 전체 3개의 코일을 사용하더라도 3개의 축 모두에서 자세를 제어하는 것도 불가능하다.^[2][3]

전도성 물질로 만들어진 회전 위성은 그 몸 안에 와류 전류의 발생과 그 회전 속도에 비례하는 상응하는 제동력으로 인해 지구 자기장의 회전 운동량을 잃게 될 것이다.^[4]공기역학적 마찰 손실도 한몫할 수 있다.이는자석이지속적으로 작동해야 하며, 존재하는 저항력에 대항하기에 충분한 전력 수준에서 작동해야 한다는 것을 의미한다.이는 용기의 에너지 제약 내에서 항상 가능한 것은 아니다.

미시간탐사연구소(MXL)는 MXL과 JPL이 공동으로 운영하는 프로젝트인 M-Cubed CubeSat가 2011년 10월 28일 실전 배치 후 수동태도 제어에 사용되는 강력한 온보드 자석을 통해 동시에 출시된 두 번째 큐브Sat인 탐색기-1 Prime에 자력적으로 결합한 것으로 의심하고 있다.^[5]두 위성의 비파괴 래칭은 이번이 처음이다.^[6]

참고 항목

• 반응 바퀴

참조