Temperaturregulierung von Satelliten

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Emissionsnebel

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Hallo zusammen,

Weiß jemand, wie kleine Satelliten im LEO ihre Temperatur halten? Ich stelle mir vor, dass da ziemlich extreme Temperaturen herrschen können, je nachdem ob sich so ein Satellit gerade im Erdschatten oder vor der Sonne befindet. Und die Sensoren und die ganze Elektronik werden ja eine gewisse Betriebstemperatur haben.
Aber ich konnte nichts dazu finden, wie ein Heiz- und Kühlsystem z.B. eines CubeSats funktioniert. Oder haben die garkeins und Temperatur spielt im LEO keine große Rolle?

CS
Kalle
 
" Thermal control satellite " bringt schon mal einige Treffer.


Gruss
 
Hallo!
" Thermal control satellite " bringt schon mal einige Treffer.
Wenn man da noch „cubesat“ dazu schreibt, dann bekommt man sogar noch Antworten auf die gestellte Frage :)

Zum Beispiel diese hier, bei der es um eine siebentägige Konferenz zu genau diesem Thema geht (Solving Thermal Control Challenges for CubeSats: Optimizing Passive Thermal Design) was zeigt, dass die Ausgangsfrage gar nicht in einem Forum wie diesem hier beantwortet werden kann. Was aber auch heisst, dass es eine gute Frage ist!

Viele Grüße
Maximilian
 
Hallo, danke für eure Antworten! Manchmal bin ich wohl echt zu doof zum richtig googeln...:rolleyes:
Bzw. auf Englisch suchen ist bei solchen Themen vermutlich auch noch etwas ergiebiger.
 
Hallo,
aus eigener Erfahrung kann ich sagen dass es wirklich auf die Satelliten ankommt, manche Satelliten haben Radiatoren (um Wärme mit IR Strahlung loszuwerden) oder eingebaute Heizungen wie z.B. die ISS, andere Satelliten schalten einfach Subsysteme an oder aus (um einfache elektrische (Ab)-Wärme zu gewinnen) oder es kann auch ausreichen einfach die Satellitenposition zu ändern, sodass z.B. die "kalte" Seite zur Sonne zeigt, und die Heiße zum "Weltraum".

Z.B. als Übersicht:

Viele Grüße und CS,
Matthias
 
Hallo Kalle,
ja, arbeite bei einer privaten Satellitenfirma (als Programmierer), und während der Unizeit hab ich auch an einer Thermalsimulationen für Satelliten gearbeitet.

Viele Grüße und CS,
Matthias
 
Ah cool!
Ich fang jetzt im Wintersemester mein Studium in "Physik und Technologie für Raumfahrtanwendungen" an.
Wie sind denn die Job Chancen in dieser Branche so? Was für eine Firma ist das denn?
CS
Kalle
 
Achso, ich hätte übrigens noch eine CubeSat-Frage, die stell ich auch einfach hier, muss ich keinen neuen Thread für öffnen.
Es gibt ja einige, die als Lagekontrollsystem Magnettorquer verwenden. Wenn man jetzt eine ungewollte Rotation des Satelliten damit stoppen wollen würde, dürfte man die aber immer nur eine halbe Umdrehung lang aktivieren und dann die zweite Hälfte ausschalten, oder? Sonst würde das Erdmagnetfeld das gleiche Drehmoment, das man in der ersten Hälfte rausbekommen hat, wieder hinzufügen, oder mache ich da einen Denkfehler?
Das würde bedeuten, dass man nicht einfach Strom durch die jeweilige Spule fließen lassen kann um die Rotation zu stoppen, sondern der gepulst sein müsste, mit einer Periode die der aktuellen Rotationsdauer entspricht. Das würde das ganze wesentlich komplizierter machen.

CS
Kalle
 
Die Funktionsweise wird ja bei Wikipedia erklärt: Magnetorquer

Dabei erzeugt eine am Satelliten montierte Magnetspule (mit oder ohne Eisenkern) ein magnetisches Moment m, welches dann mit dem Erdmagnetfeld B wechselwirkt. Dabei wird ein Drehmoment (torque) τ erzeugt:

τ = m x B

Die Richtung des Drehmomentvektors τ ist senkrecht zur Spulenachse und senkrecht zur lokalen Richtung des Erdmagnetfeldes (Kreuzprodukt). Das Drehmoment wirkt dann solange, wie die Spule durch einen entsprechenden Stromfluss ein magnetisches Moment erzeugt. Mit drei zueinander orthogonal montierten Spulen kann man so im Prinzip einen beliebigen Spin des CubeSats erzeugen oder kompensieren, vorausgesetzt dass ein hinreichend starker und andauernder Spulenstrom erzeugt werden kann. Dabei muss allerdings die entlang der Satellitenbahn variable Richtung des Erdmagnetfeldes berücksichtigt werden.

Magnetorquers: an overview of magnetic torquer products available on the global marketplace for space
 
Zuletzt bearbeitet:
Ja, die Artikel habe ich auch schon gelesen. Die Funktion ist mir auch völlig klar, wenn man einen Satelliten aus der Ruheposition in eine bestimmte Richtung rotieren möchte. Meine Überlegung war jetzt nur, das es doch unnütz ist, den Strom einfach anzuschalten, wenn man einen bereits rotierenden Satelliten bremsen möchte. Denn während einer vollständigen Umdrehung, würde das Magnetfeld der Spule während der einen Hälfte eine Abbremsung, während der anderen jedoch sogar eine Beschleunigung verursachen. Daher müsste doch der Strom gepulst sein, oder nicht?
 
Denn während einer vollständigen Umdrehung, würde das Magnetfeld der Spule während der einen Hälfte eine Abbremsung, während der anderen jedoch sogar eine Beschleunigung verursachen. Daher müsste doch der Strom gepulst sein, oder nicht?
Was meinst du mit Umdrehung? Es geht hier nicht um die Eigenumdrehung (Spin) des Satelliten, sondern um seinen Orbit im ortsabhängigen Magnetfeld der Erde.

Solange das resultierende magnetische Moment der drei Spulen entlang der Umlaufbahn immer senkrecht zur Richtung des Erdfeldes eingestellt wird, entsteht ein dauernderndes Drehmoment, das entlang der gesamten Umlaufbahn wirkt. Da wird also nichts an und abgeschaltet. Da werden nur die Spulenströme justiert, um die variable Feldrichtung entlang der Umlaufbahn auszugleichen.
 
Nochmal zur Verdeutlichung: stell dir mal vor, das Magnetfeld der Erde wäre über die Dimension der Satellitenbahn überall gleich stark und würde überall in die gleiche Richtung am Sternhimmel zeigen. Dann würde eine einzige senkrecht zur Feldrichtung montierte Spule reichen, und diese Spule würde mit konstantem Strom entlang des gesamten Bahnumlaufs ein konstantes Drehmoment ausüben.

Einzig der Umstand, dass das Erdfeld eben nicht homogen ist und nicht überall genau die gleiche Richtung hat, erfordert eine positionsabhängige Justierung der Spulenströme, aber kein An- und Abschalten.
 
Zuletzt bearbeitet:
Dann würde eine einzige senkrecht zur Feldrichtung montierte Spule reichen, und diese Spule würde mit konstantem Strom entlang des gesamten Bahnumlaufs ein konstantes Drehmoment ausüben.
Aber der Satellit würde sich doch dann einfach so ausrichten, dass Nord- und Südpol der Spule in Richtung Süd- und Nordpol des Erdmagnetfelds zeigen. Und sobald das passiert ist, gibt es auch kein Drehmoment mehr.

Es geht hier nicht um die Eigenumdrehung (Spin) des Satelliten, sondern um seinen Orbit
Doch, na klar geht es um die Eigendrehung - das ist doch der ganze Sinn dahinter...
Hier ein Zitat aus deinem obigen Link: "Magnetic torquers are routinely used in initial de-tumbling maneuvers [...]"
Also genau dafür gibt es die doch, um die Lage im Raum und damit auch z.B. die Eigenrotation zu kontrollieren, oder hab ich es doch nicht verstanden?
 
Meine Überlegung war jetzt nur, das es doch unnütz ist, den Strom einfach anzuschalten, wenn man einen bereits rotierenden Satelliten bremsen möchte. Denn während einer vollständigen Umdrehung, würde das Magnetfeld der Spule während der einen Hälfte eine Abbremsung, während der anderen jedoch sogar eine Beschleunigung verursachen. Daher müsste doch der Strom gepulst sein, oder nicht?
Soweit ich das nachvollziehen kann ist deine Überlegung korrekt.

Drehmomente bewirken ja nicht eine Drehung, sondern eine Änderung der Drehung, genau wie eine Kraft eine Änderung der Bewegung (Geschwindigkeit) verursacht und nicht für die Bewegung an sich notwendig ist. Wenn man also eine Rotation verlangsamen will, dann muss man ggf., so wie du sagst, "pulsen", d.h. ein- und ausschalten bzw. auch mal umpolen, je nach aktueller Drehrichtung halt. Und das für alle drei Raumachsen. Aber wo ist das Problem? Die Satelliten drehen sich ja nicht mit etlichen Umdrehungen pro Sekunde.

Inwiefern die Eigenschaft von Magnetfeldern, eine Vorzugsrichtung zu haben (Nord-Süd), ausgenutzt wird, weiss ich nicht. Man sieht ja bei Kompassnadeln wie die sich in der Nähe eines Magneten "stabilisieren" obwohl ihr Magnetismus nicht "ausgeschaltet" wird. Sowas dürfte für eine Nord-Süd Ausrichtung funktionieren, für andere Richtungen eher nicht. Oder nicht? Denn im Gegensatz zur Kompassnadel (Lagerreibung!) hat die Satellitendrehung keinerlei Dämpfungsglied in der Differentialgleichung. Er müsste dann eher um die Wunschlage herumpendeln. Oder? Experten vor!

Gruss
Thorsten
 
Doch, na klar geht es um die Eigendrehung - das ist doch der ganze Sinn dahinter...
Im Grunde schon, aber nicht so wie du das darstellst. Hast du denn überhaupt die oben bereits zitierte Gleichung τ = m x B verstanden? Die Wechselwirkung zwischen der Magnetspule und dem Erdfeld ist ja der Schlüssel zum Verständnis.

Ist sicher keine ganz einfache Kost, aber darüber wurde ja schon einiges geschrieben, z.B.

J.R. Wertz (ed.): Spacecraft Attitude Determination and Control

P. Wang, Y.B. Shtessel, Y. Wang: Satellite Attitude Control Using only Magnetorquers

V. Francois-Lavet: Study of passive and active attitude control systems for the OUTFI nanosatellites (Master Thesis)
 
Soweit ich das nachvollziehen kann ist deine Überlegung korrekt.
Ah, danke.

Denn im Gegensatz zur Kompassnadel (Lagerreibung!) hat die Satellitendrehung keinerlei Dämpfungsglied in der Differentialgleichung. Er müsste dann eher um die Wunschlage herumpendeln.
Das ist ein sehr interessanter Punkt, hab ich noch garnicht drüber nachgedacht. Aber es sollte eigentlich tatsächlich so sein.

Im Grunde schon, aber nicht so wie du das darstellst.
Also ich hab die Paper jetzt zugegebenermaßen nicht vollständig verstanden, die sind, wie du vermutet hast, nicht ganz einfach für mich zu verstehen. Aber von dem was ich verstanden habe, war nichts dabei, das nicht schon zu meiner Vorstellung davon passen würde... Was beschreibe ich denn falsch?

Hast du denn überhaupt die oben bereits zitierte Gleichung τ = m x B verstanden?
Ja doch, ich denke schon. Was habe ich denn geschrieben, dass dazu nicht passt?

Viele Grüße
Kalle
 
Meine Überlegung war jetzt nur, das es doch unnütz ist, den Strom einfach anzuschalten, wenn man einen bereits rotierenden Satelliten bremsen möchte. Denn während einer vollständigen Umdrehung, würde das Magnetfeld der Spule während der einen Hälfte eine Abbremsung, während der anderen jedoch sogar eine Beschleunigung verursachen. Daher müsste doch der Strom gepulst sein, oder nicht?
Kalle, das ist grundsätzlich richtig, man kann die Spule aber während der gesamten Umdrehung des Satelliten betreiben, wenn man sie nicht mit Gleichstrom, sondern mit Wechselstrom speist. Dann bekommt man nicht nur während einer Hälfte eine Abbremsung, sondern ständig. Die Implementierung läuft darauf hinaus, dass man mit Magnetometern an Bord für jede Spulenachse das scheinbar variable Erdfeld B(t) misst und daraus das zeitliche Differential B-dot = dB/dt bestimmt. Die Erregung der Spulen wird dann proportional zu diesen B-dot Werten eingestellt.

How to slow down satellite rotation - The B-dot algorithm

Wie das technisch umgesetzt wird, ist im Detail sehr komplex und dazu gibt es bereits viel Literatur.

B-dot detumbling

Gruß, Peter
 
Hallo Peter,
Ja, das mit dem Wechselstrom ist natürlich richtig, habe ich nicht dran gedacht. Dann muss man ja nur die Frequenz des Stroms der Rotationsfrequenz anpassen. Allerdings natürlich immer noch komplex, wenn man bedenkt dass das ganze dreidimensional ist und nicht nur in ein einer Ebene mit einer Spule funktionieren muss.
Und danke für den Link, der war sehr aufschlussreich!
CS
Kalle
 
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