DE1506140A1

DE1506140A1 - Orientation device for satellites

Info

Publication number: DE1506140A1
Application number: DE19661506140
Authority: DE
Inventors: Wanger Robert Price
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-02-01
Filing date: 1966-02-01
Publication date: 1969-03-27

Description

Orientierungseinrichtung für Satelliten Die Erfindung betrifft die Orientierungssteuerung eines Flugkörpers, der sich im Weltraum als Satellit @iuf einer Umlaufsbahn um einen Zentralkörper befindet, insbesondere die Ausnutzung des Magnetfeldes des Zentralkörpers für eine derartige Steuerung.Orientation device for satellites The invention relates to Orientation control of a missile that appears in space as a satellite @iuf an orbit around a central body, in particular the utilization of the Magnetic field of the central body for such a control.

Es ist bekannt, die Orientierung eines Erdsatelliten durch Ausnutzung des Gravitationsgradienten zu steuern, wodurch die Rotationsachse mit dem geringsten mrägheitmoment des Satelliten zum Massenmittelpunkt des ZentralKörpers ausgerichtet wird. Eine derartige Stabilisierung des Satelliten bezüglich der örtlichen Vertikalen verhindert nicht eine Rotation um die örtliche Vertikale, das heißt ein Gieren. Obwohl es möglich ist, einen Satelliten zu konstruieren, bei dem der Gravitationsgradient ein Drehuioment erzeugt, das ein Gieren zu verhindern sucht, werden dadurch dem Konstrukteur zusätzliche jeschrärlkungen <auferlegt; ein offensichtlcnes Erfordernis bestellt darin., duß der Satellit keine perfei#.te Kreissymmetrie bezüglich :einer örtlichen Vertikalen .oder Gierungsachse hat. In dem IYIa(Je, in dem der Si-.z tellitenauf bau eine derartige Symmetrie erreicht, wird die Gierungsstabilisierung beeinträchtigt. Sogar in den Fällen, in denen aktive Einrichtungen wie Triebwerke «der mpul:3 speichernde Schwungrädor für die Schlingcr- und Stampfstabilisierung verwendet werden, ist eine. einfache und daher leichte und zuverlässige Einrichtung zur Gierungsstabilisierung wiirscheiswert. Schlinger- und Stampffehler werden leicht bestimmt, unter anderem durch Horizontpeilung; das ist aber zur Messung des Gierungsfehlers nicht anwendbar. Daher ist eine einfache Gierungssteuerung eine sehr nützliche Ergänzung sogar umfangreicher Systeme. Eine wahlweise Einrichtung der Gierungsstabilisierung ist daher im all-, gemeinen wünschenswert.It is known to use the orientation of a terrestrial satellite of the gravitational gradient to control, creating the axis of rotation with the least moment of inertia of the satellite aligned with the center of mass of the central body will. Such a stabilization of the satellite with respect to the local vertical does not prevent rotation about the local vertical, i.e. yaw. Although it is possible to construct a satellite in which the gravitational gradient a torque that tries to prevent yawing is generated by the Additional restrictions imposed on the designer; an obvious requirement ordered in., the satellite does not have a perfect circular symmetry with respect to: one local vertical or yaw axis. In the IYIa (Je, in which the Si If such symmetry is achieved, yaw stabilization is impaired. Even in those cases in which active devices such as engines «the mpul: 3 storing Flywheel for roll and pitch stabilization used be is one. simple and therefore light and reliable device for yaw stabilization Desirable. Roll and pitch errors are easily determined, among other things by horizon bearing; but this is not applicable to the measurement of the yaw error. Hence, a simple yaw control is a very useful addition to an even more extensive one Systems. An optional device for yaw stabilization is therefore generally, mean desirable.

Bei-einem Satelliten-der Erde (oder irgendeinem anderen Zentralkörper mit einem beträchtlichen äußeren Magnetfeld) ist es möglich, Orientierungsdrehmomente durch Satellitenmagnetfelder zu erzeugen, die mit den Erdfeld Wechselwirken. Das wird bei bekannten Maßnahmen dadurch erreicht, daß Befehlssignale von: einer Bodenstation verwendet werden, um einen ätromfluß in einer vorherbestimmten Richtung in aufgespulten Leitern zu verursachen, wobei die allgemeine im Satelliten. für andere Einrichtungen vorhandene- Stromversorgung auch für diesen Zweck verwendet wird. Die bekannte Maßnahme erfordert jedoch die Benutzung eines Nachrichtenkanals für die Befe-hlssignale, die Bestimmung der Orientierung des Satelliten von der Erde aus und die Bestimmung der speziellen Richtung der Spule und des durch die S,oule zu schickenden Stromes aus der bekannten Richtung des Erdfeldes. Es ist daher wünschenswert, eine irgendwie automatische Einrichtung für die Aufrechterhaltung des Satelliten. in: einer gewicasch°ten Orientierung zu haben. Leider -fallen de Nagnetpole der-Erde nicht mit ihren Rotationspolen zusammen; der magnetische Nordpol befindet sich bei ungefähr 730 311 Nord, 960 431 West und der-magnetische Südpol. befindet sich bei ungefähr 72c 211 Süd, 155 o -16, Ost. Daher sind die der-Erde nicht-genau entgegengesetzt, und die Beziehung zu den Rotationspolen ist nur. beiläufig ünd ungefähr. Jede automatische Einrichtung für die Orientierungssteuerung durch das Erdmagnetfeld iäuß diese Tatsache be'rücksiehtigen. Es ist daher nicht offensichtlich, wie das durch eine Einrichtung erreicht werden km n, die einfach genug ist, um vorteilhaft zu sein: Eine Einrichtung gemäß der Erfindung verwen- det die Sonnenetrahlung als Energiequelle und räumliche Bezugsrich- tung zur automatischen Erzeugung von geeigneten Magnetfeldern im Satelliten bei einer bestimmten Satellitenlage zur Erde, um den Satelliten in einer festen Orientierung bezüglich seiner Gierungs- achse zu halten. Die Einrichtung weist Sonnenenergieumwandler auf, die beim gegenwärtigen Stand der Technik vorzugsweise Photozellen- batterien sind, die mit Spulen zur Erzeugung von Magnetfeldern ver- bunden sind, sowie eine Bestrahlungssteuereinrichtung (im bevor- zugten .Ausführungsbeispiel einfach Schirme), damit die ßonnenstrali- Jung nur diejenigen Sonnenbatterien speist, die für die Aufrechter- haltung der gewünschten Gerungsorientierung zweckmäßig sind. Ob- wohl eine derartige Einrichtung aktiv gegenüber einer rein passiven Strahlungsdruckpaddel ist, arbeitet sie ohne mechanisch sich bewe- gende Teile. Die Leitungen und die magnetischen Material ien haben pra_'#L"i ich eine unbegrenzt Lebensdauer, und die Lebensdauer der Photo- zellen kann lang sein. Schirme oder Abschirmungen sind einfache me- chanische Strukturen, die nicht mehr als andere befestigte mechani- sche '2eLle eines Satelliten Beschädigungen ausgesetzt sind. Keines dieser 2,'lemente ist unnötig massiv, noch ist .ihre damit zusammen- hängende Wirkungsweise kompliziert: . . _ . - , . - _ Es gibt zwei. unterschiedliche Bedingungen,:-.-bei: ,denen e.s _win- sehenswert, ist, den allgemeinen Punktäonsablauf der bomienl##t,-@t,-ter:#en und ihrer damit verbundenen Spulen zu unterbrechen. Erstens, wenn sich der Satellit unterhalb der Sonne bewegt, da zu diesem Zeitpunkt die Sonne, die im Zenit des Satelliten steht, keine Information bezüglich der Gierungsorientieruntdes Satelliten gibt. Zweitens, wenn der Satellit im Polarbereich der Erde ist, d a zu diesem Zeitpunkt das Magnetfeld der Erde in der Umgebung des Satelliten keine leicht bestimmbare Richtung relativ zu den Erdrotationspolen hat; zum Beispiel zeigt im Bereich zwischen dem wahren Nordpol und dem magnetischen Nordpold"ein magnetischer Kornpass mehr nach Süden als nach Norden. Die :Girfindung gibt daher eine Strahlungsabschirmung an., die einfach die Sonnenbatterien daran hindert, zu diesen Zeiten Sonnenstrahlung zu empfangen, so daß durch die Spulen im Satelliten kein Magnetfeld erzeugt wird, und der Satellit einfach durch seine Trägheit die genaue Gierungsorientierung aufrecht erhält, die er durch den vorangegangenen Betrieb der Sonnenbatterien und der da.-mit verbundenen Spulen angenommeu hat.In the case of a satellite of the earth (or any other central body with a considerable external magnetic field) it is possible to generate orientation torques by satellite magnetic fields which interact with the earth field. This is achieved in known measures in that command signals from: a ground station are used to cause a flow of electricity in a predetermined direction in coiled conductors, the general being in the satellite. Existing power supply for other facilities is also used for this purpose. The known measure, however, requires the use of a communication channel for the command signals, the determination of the orientation of the satellite from the earth and the determination of the special direction of the coil and the current to be sent through the column from the known direction of the earth's field. It is therefore desirable to have some automatic means of maintaining the satellite. in: to have a careful orientation. Unfortunately, the earth's magnetic poles do not coincide with their rotational poles; the North Magnetic Pole is at approximately 730 311 North, 960 431 West, and the South Magnetic Pole. located at about 211 South 72c, 155 o -16, East. Hence the the-earth not-exactly opposite, and the relation to the poles of rotation is only. casually and roughly. Any automatic facility for the Orientation control by the earth's magnetic field expresses this fact take note. It is therefore not obvious how to get this through a facility to be achieved km n that is easy enough to to be advantageous: Use a device according to the invention det the solar radiation as an energy source and spatial reference device for the automatic generation of suitable magnetic fields in Satellites at a certain satellite position to the earth around the Satellites in a fixed orientation with respect to their yaw to keep the axis. The facility has solar energy converters, which, with the current state of the art, are preferably photocell are batteries that are equipped with coils to generate magnetic fields are bound, as well as an irradiation control device (preferably Embodiment example simply umbrellas), so that the sunshine Jung only feeds those solar batteries that are keeping the desired Gerungsorientierung are appropriate. If- Probably such a device is active compared to a purely passive one Radiation pressure paddle, it works without moving mechanically lower parts. The lines and the magnetic materials have ien pra _ '# L "i i an unlimited lifespan, and the lifespan of the photo- cells can be long. Shields or shields are simple me- chanical structures that are no more than other fixed mechanical two parts of a satellite are exposed to damage. None This second element is unnecessarily massive, nor is it related to it. hanging mode of action complicated:. . _. -,. - _ There are two. different conditions,: -.- at:, which _win- worth seeing, is, the general period of points in the bomienl ## t, - @ t, -ter: #en and their associated coils. First if the satellite moves below the sun, since at this point in time the sun, which is at the zenith of the satellite, does not give any information regarding the yaw orientation of the satellite. Second, when the satellite is in the polar region of the earth, since at that time the earth's magnetic field in the vicinity of the satellite does not have an easily determinable direction relative to the earth's poles of rotation; For example, in the area between the true north pole and the magnetic north pole, a magnetic grain pass points more to the south than to the north no magnetic field is generated by the coils in the satellite, and the satellite simply by its inertia maintains the exact yaw orientation that it has assumed through the previous operation of the solar batteries and the coils connected to them.

Ein weiteres Merkmal der 4rfindung ist das Vorhandensein einer s Systemdämpfung durch den Einbau eines temperaturabhängigen Widerstandes mit einer ziemlich großen Zeitkonstanten in die Schaltung jeder Sonnenbatterie und der damit verbundenen Spule. Das hat zur Folge, daß, wenn eine bestim4te Sonnenbatterie zuerst beleuchtet wird, ein voller Strom zu ihrer entsprechenden Spule fließt; da aber der temperaturabhängige Widerstand in der Schaltun; durch den Durchfluß des Stromes erhitzt wird, steigt sein Widerstand an, und der Strom zur Spule wird verringert. Das erzeugt eine Zeit (oder Phasen)- Voraneilung im System, die entsprechend den. in der Technik der Servomechanismen bekannten Prinzipien das Überschwingen und das Schwingen des Systems stark reduzieren will.Another feature of the invention is the presence of a system damping by installing a temperature-dependent resistor with a fairly large one Time constants in the circuit of each solar battery and associated coil. As a result, when a particular solar battery is illuminated first, a full current flows to its corresponding coil; but there the temperature-dependent Resistance in the circuit; is heated by the passage of the current, increases its resistance increases and the current to the coil is reduced. That creates a time (or phases) - pre-allocation in the system, which corresponds to the. in the technology of servomechanisms known principles greatly reduce the overshoot and oscillation of the system want.

Die b`rfindung gibt daher eine einfache, langlebige Einrichtung .von mäßiger Masse zur automatischen Steuerung der Orientierung eines batelliten relativ zum ZentralKörper durch Bezugnahme auf eine Strahlungsquelle an, die durch Wechselwirkung mit dem örtlichen Magnetfeld betriebsfäuig wird. Ferner wird die Steuerung -wirtschaftlich und zuverlässig vorgenommen.The invention therefore provides a simple, long-lasting facility .from moderate mass for automatic control of the orientation of a satellite relative to the central body by referring to a radiation source, which by interaction becomes operational with the local magnetic field. Furthermore, the control becomes economical and made reliably.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert wer--den. Es zeigena Figuren 1, 2 und 3 schematisch in orthographischer Projektion ein Ausführungebeispiel der Erfindung, das geeignet für die Gierungsstabilisierung eines Satelliten in einer polaren Ümlaufsbahn ist, in deren Ebene die Sonne liegt; Fig. 4 schematisch das von Fig. 1 in verschiedenen Lagen auf der Umlaufsbahn; und Fig. 5 die genauen Verbindungen der Sonnenbatterien und der Magnetspulen, die in den Figuren 1, 2 und 3 abgebildet sind.The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing. FIGS. 1, 2 and 3 show an embodiment example schematically in orthographic projection of the invention, which is suitable for yaw stabilization of a satellite in a polar orbit, in the plane of which the sun lies; 4 schematically that of Fig. 1 in different positions on the orbit; and Fig. 5 shows the precise connections the solar batteries and the solenoids shown in Figures 1, 2 and 3 are.

Die Figuren 1', 2 und 3 sind jeweils Grundriß, Aufriß und Kreuzriß des gleichen Ausführungsbeispiels der Erfindung. Sie werden daher als Einheit beschrieben werden. Jede von acht verschiedenen Sonnenbatterien, die mit geraden Bezugszahlen von 2 bis 16 bezeichnet sind, ist in Serie mit einem von mehreren Widerständen geechaltet, die mit geraden Bezugezahlen von 18 bis 32 versehen sind, und mit einer von mehreren Spulen, die mit geraden Bezugszahlen von 34 bis 48 versehen sind: Es genügt (und ist im allgemeinen auch vorteilhaft), daß alle Sonnenbatterien, alle Widerstände und alle Spulen elektrisch gleich sind. Die Sonnenbatterien sind zu viert an jedem von zwei entgegengesetzten Enden eines Satellitenkörpers 50 mit einer Längsachse 51 angebracht. An beiden Enden des Körpern. 5#3 ragt eine kreuzförmige Konstruktion 52 bezehungeweise 54 heraus, die zum Abschirmen jeder der vier Sonnenbatterien untereinander dient, die an einem bestimmten Ende des Körpers angebracht sind. Am äußersten Ende der kreuzförriigen Konstruktion 52 ist ein Polarschirm 56 und am äußersten Ende der kreuzförmigen Konstruktion 54 ein Polarschirm 58 befestigt. Der Körper 50 ist mit äquatorialeri Abschirmungen 6.Q und 62 und Erdalbedoabschirmungen 64 und 66 versehen: Die verschiedenen Spulen sind auf den Armen eines k'reuzförmigen Magnetkerns 68 montiert, dessen Einzelheiten (zusammen mit den Einzelheiten der Verbindung der Spulen mit ihren entsprechenden Sonnenbatterien) in Fig. 5 getrennt abgebildet sind. Diese Einzelheiten können jedoch besser nach einer Beschreibung von Fig. 4 verstanden werden, die daher zuerst gegeben werden soll.Figures 1 ', 2 and 3 are respectively plan, elevation and cross-sectional views of the same embodiment of the invention. They will therefore be described as a unit. Each of eight different solar batteries, labeled with even numbers from 2 to 16, are connected in series with one of several resistors labeled with even numbers from 18 to 32 and with one of several coils labeled with even numbers from 34 to 48: It is sufficient (and is generally also advantageous) that all solar batteries, all resistors and all coils are electrically identical. Four of the solar batteries are attached to each of two opposite ends of a satellite body 50 having a longitudinal axis 51. At both ends of the body. 5 # 3 protrudes a cross-shaped structure 52 or 54, which serves to shield each of the four solar batteries from one another, which are attached to a particular end of the body. A polar screen 56 is attached to the extreme end of the cross-shaped structure 52 and a polar screen 58 is attached to the extreme end of the cross-shaped structure 54. The body 50 is provided with equatorial shields 6.Q and 62 and earth albedo shields 64 and 66: the various coils are mounted on the arms of a k'reuz-shaped magnetic core 68, the details of which (together with the details of the connection of the coils to their respective solar batteries) are shown separately in FIG. 5. These details can, however, be better understood after a description of FIG. 4, which should therefore be given first.

Aus dem in denFiguren 'f, 2 und 3 abgebildeten Aufbau ist ersichtlich, daß jede der. Sonnenbatterien 2, 4, 6 und 8 in einer einzelnen Zelle liegt, die durch die kreuzföri_iige Abschirmung 52, die Polarabschirmung 56 und die äquatoriale Abschirmung 60 (für die. Batterien 2 und 4)` oder die Erdalbedoabsahirmung 64 (für die Batterien 6 und 8) gebildet wird. Die direkt unterhalb des Satelliten oder direkt über ihm einfallende Strahlung trifft auf keine der Batterien 2 bis , und die senkrecht zur Polarabschirmung 56 auftreffende Strahlung fällt nur auf einen kleinen Teil der Oberfläche der Batterien-2 bis B. Strahlung, die jedoch diagonal in der Ebene-von Fig. 2 auftrifft, fällt gleichmäB;.g auf die.Batterien 2 und 4, wenn sie vom oberen rechten Quadranten von Fig. 2 kommt; wenn sie vom unteren rechten Quadranten von Fig. 2 kommt, beleuchtet sie die Batterien 6 und 8 gleichmäßig. Wenn eine derartige Strahlung reicht in' der Ebene von Fij;. 2 sondern unter einem Winkel zur Ebene der Figur auftrfgt,-beleuchtet sie eine Batterie mehr als eine andere; zum Beispiel beleuchtet Strahlung, die von unten links in Fig. 3 und von unten rechts in Fig. 2 kommt, die Batterie 6 stärker als die' Batterie 8 oder Batterie 2;4ie Batterie 4 wird überhaupt nicht beleuchtet. Ähnlich kann Strahlung, die von verschiedenen anderen Richtungen kommt, die Batterie 2 oder die Batterie 4 oder die Batterie 8 stärker als irgendeine andere der vier Batterien 2, 4, 6 und 8 an der rechten Seite von Fig. 2 beleuchten. Ähnlich kann eine schräg von links in Fig. 2 auftreffende Strahlung vorzugsweise eine der Batterien 10, 12, 14.und 16 beleuchten, die sich am anderen Ende des Satelliten befinden.From the structure shown in Figures 2 and 3 it can be seen that that each of the. Solar batteries 2, 4, 6 and 8 lies in a single cell, the through the cross-shaped shield 52, the polar shield 56 and the equatorial Shield 60 (for. Batteries 2 and 4) `or the earth albedo shield 64 (for the batteries 6 and 8) is formed. The one directly below the satellite or directly Radiation incident above it does not hit any of the batteries 2 bis, and those perpendicular radiation impinging on polar shield 56 falls on only a small portion the surface of the batteries-2 to B. Radiation, but which is diagonally in the plane-of Fig. 2 hits, falls equally; .g on the.batteries 2 and 4, if they are from the upper right quadrant of Fig. 2 comes; if they are from the lower right quadrant of Fig. 2 comes, it illuminates the batteries 6 and 8 evenly. If such a Radiation extends in 'the plane of Fij ;. 2 but at an angle to the plane the figure, it illuminates one battery more than another; to the example illuminates radiation coming from the bottom left in Fig. 3 and from the bottom right in Fig. 2 comes, the battery 6 stronger than the 'battery 8 or battery 2; 4ie battery 4 is not illuminated at all. Similarly, radiation can be emitted by different other directions, the battery 2 or the battery 4 or the battery 8 stronger than any of the four batteries 2, 4, 6 and 8 on the right of Fig. 2 illuminate. Similarly, an incident obliquely from the left in FIG Radiation preferably illuminate one of the batteries 10, 12, 14. and 16, which are located at the other end of the satellite.

Fig. 4 zeigt die Erde 70, deren Achse durch eine Linie 72 und deren magnetischer Nord- und Südpol ungefähr durch die Buchstaben N beziehungsweise S dargestellt sind. Die entfernte Sonne "j4 ist viel kleiner als die Erde.70 abgebildet, um ihren extremen Abstand anzudeuten. Satelliten wie der in deriFiguren 1, 2 und 3 abgebildete sind in verschiedenen lagen 76, 78, 80 und 82 in einer polaren Umlaufbahn gezeigt, wobei die Richtung der Umlaufbahn durch krumme Pfeile dargestellt wird. Vollständigkeitshalber ist ein Gravitationsgradientetabilisierungsstab abgebildet, der sieh von der Oberseite jedes derartigen Satelliten von der Erde weg erstreckt. Es ist ersichtlich, daß beim Satelliten 76 die Sonne 74 die Batterien 2 und 4 beleuchtet. Ähnlich werden beim Satelliten 78 die Batterien 10 und 12 beleuchtet. Nach einer Weile hat sich ein Satellit in die Zage des Satelliten 80 bewegt, und die Batterien 14 und 16 werden beleuchtet; wenn der Satellit aus dem Erdschatten austritt, wie es der Satellit 82 getan hat, werden die Batterien 6 und 8 beleuchtet. Wenn ein derartiger Satellit auf seiner Umlaufbahn so giert, daß die Sonnenstrahlung einer Strahlung entspricht, die außerhalb der Ebene von Fig. 2 auftrifft (wie schon beschrieben wurde), wird eins von einem Paar von beleuchteten Batterien stärker als die andere .. beleuchtet, was zu einem Ergebnis führt, was im -Zusammenhang mit Fig. 5 besprachen werden soll.4 shows the earth 70, the axis of which is represented by a line 72 and whose north and south magnetic poles are represented approximately by the letters N and S, respectively. The distant sun "j4 is shown much smaller than Earth.70 to indicate its extreme distance. Satellites such as the one shown in Figures 1, 2 and 3 are shown in various positions 76, 78, 80 and 82 in a polar orbit, where the direction of orbit is represented by curved arrows. For completeness, a gravitational gradient stabilization rod is depicted extending from the top of each such satellite away from the earth. It can be seen that at satellite 76, the sun 74 illuminates batteries 2 and 4. Similarly illuminates batteries 10 and 12 at satellite 78. After a while, a satellite has moved into the thrill of satellite 80 and batteries 14 and 16 are illuminated; when the satellite exits the earth's shadow, as satellite 82 did, the batteries 6 and 8. When such a satellite yaws in its orbit in such a way that the solar radiation corresponds to radiation 2 (as already described), one of a pair of illuminated batteries will be more strongly illuminated than the other, resulting in a result which will be discussed in connection with FIG target.

Es ist -ersichtlich, daß die brdalbedoabßchirmungen 64 und 66 die Batterien gegen den Empfang irgendwelcher Strahlung, direkt oder reflektiert, von der Erde im Nadir abschirmen. Wenn sich der Satellit direkt unter der Sonne 74 bewegt, während der Bewegung von der Zage des Satelliten 76 zu der des Satelliten 78, verhindern die äquatorialen Abschirmungen 60 und 62, daß die Batterien irgendwelche Strahlung von der Sonne im Zenit erhalten. Wenn die Satelliten die Polarbereiche passieren, hindern die Polarabschirmungen 56 oder 58 ähnlich-die Sonnenbätterien daran, eine starke Strahlung von der Sonne 74 zu erhalten. Das ist wünschenswert, weil die Richtung des Erdmagnetfeldes in diesen Bereichen etwas anormal ist, wie bereits in d,er Beschreibung erwähnt wurde.It can be seen that the brdalbedo shields 64 and 66 the Batteries against the reception of any radiation, direct or reflected, from shield the earth in nadir. When the satellite moves directly under the sun 74, while moving from the position of the satellite 76 to that of the satellite 78 the equatorial shields 60 and 62 that the batteries have any radiation received from the sun at its zenith. When the satellites pass the polar regions, the polar shields 56 or 58 similarly prevent the sun bathe from having a receive strong radiation from the sun 74. That is desirable because of the direction of the earth's magnetic field is somewhat abnormal in these areas, as already described in the description was mentioned.

Fig.,5 stellt eine isometrische Projektion der Sonnenbatterien 2, 4, 6 und 8 sowie 10, 12, 14 und 16 in ihrer gegenseitigen Lage dar,@wie sie in den Figuren 1,. 2 und 3 gezeigt sind, aber ohne jeden mechanischen Aufbau, um ihre Verbindungen klarer zu zeigen. Der Magnetkern 68 ist mit spulen 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 und 48 auf seinen vier Armen gezeigt; und die Verbindung. jeder Spule mit ihrer entsprechenden Sonnenbatterie ist ebenfalls zu sehen. Die vier ein" zelnen Arme des Kerns 84, 88, 90 und 92 stehen gemäß Fig. 1 aufeinander--senkrecht und sind gegen die Achse von vorn nach hinten oder Längsachse des Satelliten um 45o geneigt. Die Sonnenbatterie 2 ist über den Widerstand 18 mit der Spule 34 verbunden, die so gepolt ist, daß beim Stromfluß zur Spule diese den Arm 84 in, einer derartigen Richtung magnetisiert, daß das freie Ende des Armes 84 ein magnetischer Südpol wird. Die Sonnenbatterie 4 ist über den Wider-: stand 20 mit der Spüle 36 verbunde2; die. so C;epolt ist, daß beim Fließen eines Stroms von der Sbrm.erbat-terie 4 das freie Ende des Arz,.s 88 ein Südpol wird. Wann die Batterien 2 und Q: beide gleich- mäßig beleuchtet Werden: ünd daher deiche Ströfe zu ihren entsprs- ebenden Spulen schicken, ist die Aüdp-olfeldstärke an den Endender Arme $4 Ürd 8@ gleich.; und der Satellit neigt dazu, so im Erdmagnet- felg .öra.ehaiert. Zü sein; daß das Winde des Satelliten; das die hatte- rreii und 4 tragt; z"tiii magnetischen Südpol der Erde gedreht wird: .Eine derartige Zage trifft für den Sa-teliten 76 zu* wenn aus zr- g ldeinem Grürtd sich c1-er SäLelai1 76 etwas gegiert haben söil.te däß züm Beispiel die Batterie 2 direkter zur Sonne 74 gerichtet ist, äänn wird folglich die Batterie 4 von der Sonne 74 durch die Ab- schiriüng 52 äbgeschirm@tw odurch die üdpolfeldätärke am Ende des Arthis 84 größer =ii1s ä± Ende des Arms 88 wird: Der Satellit will sich dann so drehen; daß sich: der Arra 84 zu einem Punkt bewegt; der näher am S_zdpöderrs:e ist, eine clerärtge reiung drehe den Satelliten irr eine solche Richtung; däß die Beleuchtung der Batterien 2 und 4 gleich wird. Daher neigt das System dazu, einen Satelliten in der Zage von 76 zu stäbilsieren und ihn: niit dem Erdmagnetfeld au.szu- fluchten: Benn sieh der Satellit direkt unterhalb der Sonne bewegt, in einer Zage zwischen den Zagen von 76 und 78, dann s chIrmen die äc üätorial.cn t@bschirmo:ngen 60:nd 62 die Batterieri 2 und 4 sowie 1 C und 12 gegen die Sönne ab. Wenn sieh aber der Satellit weiter zur s.@e vöh 78 bewegt, dann fällt die Sonnenstrahlung auf die Batte- rieh 10 uni 12.r Batterie 10 ist über den: Widerstand 26 mit -der Spule 42 verbunden, die so- gepolt ist, daß ihr Strom das freie Ende des jir)2ie - 90 zu einem magnetischen Nordpol macht; und die :Batterie 1.2 ist Uber derc Widerstand 28 mit der Spule 4.4 verbunden, die .so ge- 4?olt: ist, , daß sie das freie Ende des Arms 92 zu einem magnetischen i@Ttrdpöl` macht : Ih -fider gleichen Gleise, wie -sie für d16 Datterzen A. 2 ihd 4 und ihre däM-t verbundenen Spulen beschrieben wurde; -w#ila. die auf die .jä,tterzen i0 und 12 einfallende Sonnenatrahlung ezne"n` Satelliten in der Lage von 78 stabllsierdn'Vea-. sich der Satellit Über 'den Erdpoleh bewet; sch_@mt die pblare Abschirmung 58 die Zel- len 10 und 12 söwie 14 d: 1& ä;b: Däs ist nötWendig;, weil -die Rieh== tüng des E-ramägüetfelde:s in dieser Bereich anormal värd! -Wenn. sich bewegt hat; -fälltönnenlicht der @ätelllt in die Rage go 80 die Batterien 14 üäd 16: Diese Batterien sind mit den Spülen ziehungsweise 48 verbünden; die aber 'so gephlt 'sing :C3 s.& als Tresen: Dnd:eü der Arme 90 und 92 ziagn.sehiü:.e.af ;.- # r Gel- ah das Ei# ä d s ä e e s D e'r *-ill# sich nä- ä# s än er tüng d.er Bättermen: 'iö ttnd 't2 ihrenn#. Sätieriige; währeld riet Beleuchtung der Bätt#iAel t- i.d natihT i. Es ist jetzt erszciztliöh;iari.: es nc@erid:i idas3ere _ _k von Batt . - des Aa- -irrr 4ö , y...ii :X ä: Fa-t +..eEie s.n: 14 d erien -i'Öün: d' 1 j2 gegen ``uiitee #,f.-i ,-# Parep 1& ,_,..,hs das müß , - 1 -- rr`t . u.... den' daj.it äbzüschrme, vorgenommen we °, tfis.ere A von Batterien: und das untere Paar von Batterieur. nidnt geie beleuchtet werden.. Wenn sltl-ähril@ äh der Satellit in die Zage von 82-bewegt- hat, werden die Batteriei@ 6 und befeuchtet. Sie sind mit den Spulen -38 ü.nd 40 verburdeiidie so gepöit sind, daß sie die freien Enden der Arte 8$eielungseise 88 zü. m.agnetisehen Nordpolen machen und damit das Ende des Satelliten:; das die Zellen. 2, 4,- .6 und. 8 . trägt .- nach Ütrden äüägerchtet halten. Es ist also ersichtlich, daß das Abschirmsystem ermöglicht däßdie aus verschiedenen Richtungsbereichen ankommende *Strahldn: auf verschiedene Pääre von Sonnenbatterien trifft;-im allge@4f b i. räg-i -Riähtunksbereich ungefähr eine EM tir je #äg et der n Quadiäii-ü Paar: Deher-kann jedes der vier Paare von Sonnenbatterien seinersetsdäzü dienen., den Satelliten richtig orientiert um seine Gierungsachse in einer polaren oder ungefähr polaren Umlaufsbahn zu. hal=ten. Um eine unerwünschte Beleuchtung der Batterien durch reflektiertes Licht zu verhindern, sollten die Oberflächen der Abschirmungen 52 und 54 sowie 56 und 58 mit einem licht absorbierenden Material überzogen werden. Bisher ist wenig über die Aufgabe der temperaturabhängigen Widerstände 18, 20 usw: gesagt worden: Ein abgeglichenes Servosystem wie das hier beschriebene neigt dazu, überzuschwingen-und zu schwingen. Das kann dadurch vermieden werden, daß die Rückstellkraft eine Phasenvoraneilung gegenüber dem Fehler hat; das heißt, daß das durch die veränderte Nagnetisierung der verschiedenen Arme des Kerns 68 erzeugte-Rückstelidrehmoment ein Maximum haben soll, wenn dieVerschiebung aus der-Null- oder Ruhelage ein Maximum annimmt, und abnehmen soll, bevor das System in die Null-Zage zurückgekehrt ist. Wenn die Widerstände einen hohen Widerstands-Temperaturkoeffizienten haben und eine solche Wärmekapazität, daß die Geit, die sie benötigen, um sich beim Stromdurchfluß dem Gleichgewicht anzunähern, etwas kleiner als die Schwingungsperiode des --Satelliten ua seine Gierungsaehse ist, dann erzeugt ihre additive thermische Empfindlichkeit die Phasenvoraneilung, so daß das System gegen ein Überschvringen stabilisiert wird. Um diesen Vorgang völlig ohne Matheüiatik zu beschreiben: wenn sich der Satellit so gegiert hat, daß zum Beispiel die Batterie 2 beleuchtet und die Batterie 4 dunkel ist, fließt Strom durch den Widerstand 1E3 und die Spule 34, wodurch ein Drehmoment erzeugt wird, das den.Satelliten in seine neutrale Zage zurückstellen will. Der ,-Satellit beginnt sich langsam in seine richtige Orientierung zurückzubE.wegen, wobei die Winkele, geschwindigkeit ansteigt. Während der Zeit, in. der sich der Satellit zurückbewegt, verursacht die Lrhitzung des Widerstandes 1E3 durch den durchfließenden Strom die Erhöhung seines Widerstandes, und eine stärkere Abnahme des Stroms durch die Spule 34 tritt auf als sie durch die allmähliche Reduzierung der Beleuchtung der Batterie 2 erreicht würde, die bei -der langsamen Rückkehr des Satelliten in seine neutrale Zage vor sich geht. Wenn der Satellit sich durch seine neutrale Zage bewegt (infolge seiner Winkelgeschwindigkeit und seiner Trägheit), wird die Batterie 4 beleuchtet. Es fließt jetzt Strom durch den kalten Widerstand 20 und die Spule 36, wodurch eine-Beendigung der Satellitengierung in der entgegengesetzten Richtung an-. gestrebt wird. Da der Widerstand 20 anfangs kalt ist, ist der Strom durch ihn und die Spule 36 ein Maximum für die gegebene Beleuchtung der Batterie 4. Jedesmal, wenn sich der Satellit aus seiner neutralen Zage giert, wirkt daher während des ersten. Teils der Gierung ein starkes Drehmoment auf ihn ein, das Ihn in seine neutrale Zage zurückbringen will; aber dieses Drehmoment wird reduziert, wenn. die Gierung gebremst worden ist, so daß ea,dem Satelliten keinen: zu . großen Drehimpuls gibt, durch den er übermäßig stark in seine neutrale Zage zurückbewegt und über diese in die andere Richtung stark überschwingen würde:-Wenn sieh daher der Satellit bei der Rückkehr in seine neutrale Zage über den neutralen funkt hinausbewekt'dann . ist er einem starken Drehmoment ausgesetzt, das ihn. zum neutralen Punkt hin abzubremsen versucht. Daher werden die' Sohwingungen schnell rauf einen vernachlässigbaren Wert reduziert,Fig. 5 shows an isometric projection of the solar batteries 2, 4, 6 and 8 and 10, 12, 14 and 16 in their mutual position, @ as shown in Figures 1 ,. 2 and 3 are shown, but without any mechanical construction to show their connections more clearly. The magnetic core 68 is shown with coils 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 and 48 on its four arms; and the connection. each coil with its corresponding solar battery can also be seen. . The four an "individual arms of the core 84, 88, 90 and 92 are shown in Figure 1 to each other - vertically and are opposed to the axis from front to rear or longitudinal axis of the satellite inclined at 45o, the solar battery 2 is connected via the resistor 18. connected to the coil 34, which is polarized so that when current flows to the coil, it magnetizes the arm 84 in such a direction that the free end of the arm 84 becomes a magnetic south pole. Stand 20 connected to the sink 36; the. so C; epolt is that at Flow of a current from the Sbrm.erbat-terie 4 the free end of the Arz, .s 88 becomes a south pole. When the batteries 2 and Q: both the same be moderately illuminated: and therefore dykes to their respective Sending the same coils is the Aüdp-olffeldkraft at the end of the Arms $ 4 Ürd 8 @ equal .; and the satellite tends to felg .öra.ehaiert. To be; that the wind of the satellite; that she had- rreii and 4 carries; z "tiii magnetic south pole of the earth is rotated: Such a reluctance applies to the Satelite 76 * if from zr- g lyour founding c1-er Saalai1 76 ought to have gawked a little that for example the battery 2 is directed more directly to the sun 74 , Consequently, the battery 4 is affected by the sun 74 through the referee 52 äbgeschirm @ tw oby the üdpolfeldätärke at the end of the Arthis 84 becomes larger = ii1s ä ± end of arm 88: the satellite wants to be then turn like this; that: the array 84 moves to a point; the closer am S_zdpöderrs: It is a clear association that turns the satellite err such a direction; that the lighting of batteries 2 and 4 will be the same. Hence the system tends to have a satellite in the Zage of 76 and to stabilize it: with the earth's magnetic field cursing: Benn sees the satellite moving directly below the sun, in a period between the lines of 76 and 78, then the chirmen äc üätorial.cn t @ bschirmo: ngen 60: nd 62 the batteries 2 and 4 as well as 1 C and 12 against the sons. But if the satellite continues to look s. @ e vöh 78 moves, then the solar radiation falls on the battery rieh 10 uni 12.r battery 10 is via the: resistor 26 with -der Coil 42 connected, which is polarized so that its current passes the free end des jir) 2ie - 90 makes a magnetic north pole; and the: battery 1.2 is connected via the resistor 28 to the coil 4.4, which. 4? Olt: is that it turns the free end of arm 92 into a magnetic i @ Ttrdpöl` makes: Ih -fider same tracks as -you for d16 Datterzen A. 2 ihd 4 and their däM-t connected coils have been described ; -w # ila. the solar radiation incident on the .jä, tterzen i0 and 12 ezne "n` Satellites capable of 7 8 stabllsierdn'Vea-. the satellite Waged over the earth's pole; sch_ @ mt the public shielding 58 the cell len 10 and 12 as well as 14 d: 1 &ä; b: This is necessary; because -die Rieh == tüng des E-ramägüetfelde: s abnormal in this area! -If. themselves has moved; - May light falls the @ ätelllt in the rage go 80 Batteries 14 and 16: These batteries are with the sinks ally 48 allies; but which sing 'so phl': C3 s. & as Counter: Dnd: eü of arms 90 and 92 ziagn.sehiü: .e.af ; .- # r Gel- ah the egg # ä ds ä ee s D E'R * # -ill to nä- ä # s än he tüng d.er Bättermen: 'iö ttnd' t2 ihrenn #. Satiated; Währeld advised lighting the Bätt # iAel t- id natihT i. It is now erszciztliöh; iari .: es nc @ erid: i idas3ere _ _k from Batt . - des Aa - -irr r 4ö , y ... ii : X ä : F a - t + .. eEie sn: 14 d erien -i'Öün: d '1 j2 against `` uiitee #, f.-i, - # P ar ep 1 & , _, .., h s that must , - 1 - rr`t . u .... the 'daj.it äbzüschrme, made we °, tfis.ere A of batteries: and the lower pair of batteries only. nidnt geie be illuminated .. If sltl-ähril @ er the satellite has moved into the fate of 82- the battery i @ 6 and are moistened. You are with the coils -38 and 40 verburdeiidie are so posed that they have the free ends the Arte 8 power supply 88 zü. m.agnetisehen make north Poland and thus the end of the satellite :; that the cells. 2, 4, - .6 and. 8 . wearing .- keep out of sight after Ütrden. It can thus be seen that the shielding system enables that the * raydn arriving from different directions: meets different pairs of solar batteries; -in general @ 4f b i. räg-i -Riähtunksbereich approximately one EM tir per # äg et the n Quadiäii-ü Pair: Deher- each of the four pairs of solar batteries can be used to set the satellite properly oriented around its yaw axis in a polar or approximately polar orbit. hold. In order to prevent undesired illumination of the batteries by reflected light, the surfaces of the shields 52 and 54 as well as 56 and 58 should be coated with a light-absorbing material. So far, little has been said about the task of the temperature-dependent resistors 18, 20, etc.: A balanced servo system like the one described here tends to overshoot and oscillate. This can be avoided in that the restoring force has a phase advance in relation to the error; that is, the restoring torque produced by the changed magnetization of the various arms of the core 68 should have a maximum when the displacement from the zero or rest position assumes a maximum and should decrease before the system has returned to the zero state . If the resistors have a high temperature coefficient of resistance and such a heat capacity that the slippage they need to approach equilibrium when the current flows through is somewhat smaller than the oscillation period of the satellite and its yaw axis, then their additive thermal sensitivity creates them the phase advance so that the system is stabilized against overshooting. To describe this process completely without mathematics: if the satellite has yawed so that, for example, the battery 2 is illuminated and the battery 4 is dark, current flows through the resistor 1E3 and the coil 34, whereby a torque is generated that the .Satellite wants to return to its neutral state. The satellite slowly begins to move back into its correct orientation, and the angular velocity increases. During the time that the satellite is moving back, the heating of the resistor 1E3 by the current flowing through it causes its resistance to increase, and a greater decrease in the current through the coil 34 occurs than that caused by the gradual reduction in the illumination of the battery 2 would be achieved, which occurs when the satellite slowly returns to its neutral state. When the satellite moves through its neutral frame (due to its angular velocity and its inertia), the battery 4 is illuminated. Current now flows through the cold resistor 20 and the coil 36, as a result of which the satellite yaw is terminated in the opposite direction. is strived for. Since the resistor 20 is initially cold, the current through it and the coil 36 is a maximum for the given illumination of the battery 4. Each time the satellite yaws out of its neutral position, it therefore acts during the first. Part of the yaw exerts a strong torque on him that wants to bring him back to his neutral state; but this torque is reduced when. the yaw has been slowed down so that ea, the satellite no: to. gives a large angular momentum through which it would move excessively back into its neutral Zage and would overshoot strongly over this in the other direction: -If the satellite therefore moves beyond the neutral radio when it returns to its neutral Zage, then. he is exposed to a strong torque that pushes him. trying to slow down towards the neutral point. Therefore, the vibrations are quickly reduced to a negligible value,

Claims

Claims 7. Means for orienting the attitude of a having an external magnetic field. Central grain pers depending on the oil interaction between one of the Satellites "generated magnetic field and the external field of the center central body, thereby identified without t., since ß- an irradiation control device (52, 609 64; 54, 62, . C6,), radiation from any direction practically only occurs e.in -Faar_ several pairs of solar batteries (2, 4, 6, 8; 109 12, 14, 16) drops, and that a magnet core (6d) with several 4 windings (34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48) are present that connected to the solar batteries and arranged so that_ der.-flow of electrical current through selected windings the core polarized in different directions in order to @: la.enmagne to generate tfelc in the given direction. 2. -Sat, el.lit .-. According to claim .1, marked chnet by one in series with each solar battery temperature-dependent resistance (18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, -32), -; its resistance as a result of the additive heating. -set current flow from the solar battery increases to the To reduce current flow to the corresponding winding and thereby - To prevent overshooting and oscillation of the satellite (50). 3. Satellite according to claim 1 or 2, dadurchgeken n - Draw e -t-9 that each battery of the pairs of batteries

is connected to another one of an equal number of windings, and that each winding is wound around a different arm (84, 88, 90, 92) of the magnetic core x the other arms of the core 1.n. opposite directions to the longitudinal axis of the satellite are oriented (Fig. 5). 4. Satellite according to claim 1, 2 or 3, @ characterized-characterized because ß two superimposed pairs of solar batteries (2, 46, 8! 10, 12; 14, 16) are vorbanden at each end of the satellite, and that the exposure control means (52, 60, 64; 54, 62, 66) shield all pairs of solar batteries from exposure when the satellite passes under the exposure source (74) and that they optionally have a pair of each of the two pairs of batteries. shields when irradiated from a given directional cross. 5. Satellite according to claim 4, dadurchgekenn -zeichne t that ß the connection of each pair of solar batteries at the same end of the satellite with the corresponding winding is polarized opposite, while each winding connection of the same pair of batteries at the same end of the satellite is polarized the same.