DE2632864C2 - Lageregelsystem zum automatischen Korrigieren des Roll- und Gierfehlers eines Satelliten - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Lageregelsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.°

Ein Satellit in stabilisierter Umlaufbahn benötigt eine Einrichtung, mit der seine Fluglage verändert werden kann, wenn sie von ihrer vorgeschriebenen Orientierung relativ zur Umlaufbahn abweicht.

Bei bekannten Regelsystemen zur magnetischen Drehmomenterzeugung bei doppeldrallstabilisierten Satelliten wird mit Hilfe eines z. B. von stromdurchflossenen Spulen erzeugten Magnetfeldes durch Wechselwirkung mit dem magnetischen Erdfeld ein Reaktionsdrehmoment hervorgerufen, durch das die Bezugsachse des Satelliten um einen der Wirkungsdauer des Drehmoments und der Größe des magnetischen Flusses proportionalen Betrag verstellt wird.

Aus der US-PS 34 29 524 ist ein Regelsystem für die Lageregelung eines Satelliten mit einem einzigen Schwungrad bekannt, das auf einer mit der Nickachse des Satelliten zusammenfallenden Achse angeordnet ist Bei diesem System wird eine Roll- und Gierregelung mittels einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung erzielt, die aus drei zueinander senkrechten drehmomenterzeugenden Magnetspulen in Verbindung mit einem Dreiachsen-Magnetometer und Roll- sowie Gierfehler-Fühlvorrichtungen besteht Mit dem Dreiachsen-Magnetometer werden die Komponenten des magnetischen Erdfeldes in den Hauptachsen des Raumfahrzeuges gemessen. Wenn vom Rollwinkelfühler, einem IR-Korizontsensor, ein Rollwinkelfehler wahrgenommen wird, so wird durch Erregen der Spulen auf der Nick- und der Rollachse ein Korrekturdrehmoment um die Gierachse erzeugt Entsprechend wird, wenn der Gierwinkelfühler einen Gierwinkelfehler wahrnimmt durch Erregen der Spulen auf der Nick- und der Gierachse ein korrigierendes Drehmoment um die Rollachse erzeugt In beiden Fällen wird von an Bord für jede der drei Achsen des Satelliten vorgesehenen Rechnern unter der gemeinsamen Einwirkung des IR-Sensors, des Gierwinkelfühlers und des Dreiachsen-Magnetometers die Erzeugung der Ströme gesteuert welche die Magnetfelder in den Drehmomenterzeuger-Spulen induzieren.

Ein anderes Regelsystem für die Roll- und Gierfehlerkorrektur eines umlaufenden Satelliten mit vorgegebenem Drall um die Nickachse (momentum biased) ist in der US-PS 38 34 653 beschrieben. Bei diesem System erfolgt die Regelung unter Verwendung der wahrgenommenen Rollfehler als einziger Regeleingangsgröße. Durch Ausnutzung der Kreiseleigenschaften des Satelliten kommt das System ohne Gierfühler und ohne ein unter dessen Einfluß unabhängig stimuliertes Korrekturdrehmoment um die Rollachse aus. Ein in der Rollachse eines Satelliten, der sich in einer synchronen oder schwach gegen die Erdäquatorebene geneigten Umlaufbahn befindet orientierter magnetischer Dipol erzeugt in Wechselwirkung mit dem senkrecht zur Ebene der Umlaufbahn orientierten magnetischen Primärfeld ein magnetisches Stelldrehmoment um die Gierachse, wenn die Abweichung von der Soll-Rollage einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet Durch Lagefühler in Verbindung mit elektronischen Schaltwerken wird der Dipol mit Strömen der entsprechenden Polarität und Größe erregt, die nötig sind, um das erforderliche Drehmoment für die Lagekorrektur des Satelliten zu erzeugen. Wegen der gegenseitigen Kreiselkopplung zwischen der Roll- und der Gierachse ruft das Stelldrehmoment eine Präzision um die Rollachse hervor, durch welche die Rollfehler ausgeregelt werden. Durch den magnetischen Drehmomenterzeuger wird also der Rollfehler direkt verringert und wird der Gierfehler auf indirektem Wege durch die gegenseitige Kreiselkopplung geregelt.

Wie in der Satellitentechnik bekannt ist, können Gierfehler mit Erd-Fühleinrichtungen nicht erfaßt werden. Ferner findet bei einem solchen Raumfahrzeug mit vorgegebenem Drall wegen der Trägheitsstabilität

des Drallvektors ein sinusförmiger Wechsel zwischen Roll- und Gierfehler über die Umlaufbahn statt, und zwar ungefähr bei jeweils einer viertel Umlaufbahn.

Bei dem in der US-PS 3834 653 beschriebenen System wird der magnetische Dipol nur dann erregt, wenn der Rollfehler einen vorgegebenen Schwellwert fibersteigt Wenn der Rollfehler auf Null herabgedrückt ist, wird der Drehmomenterzeuger abgeschaltet Um die Lagegenauigkeit in einer schwach gegen die Erdäquatorebene geneigten Umlaufbahn zu verbessern, muß man bei einem Raumfahrzeug mit vorgegebenem Drall das mit diesem System arbeitet, den Rollfehlerschwellwert verringern. Eine solche Erniedrigung der Rollschwelle wirkt sich zwar offensichtlich vorteilhaft auf die Rollwinkelgenauigkeit aus, andererseits wird aber dadurch die Gierdämpfung, welche die erwähnte indirekte Regelung der Gierbewegung bewirkt beeinträchtigt Dieser Verlust an Gierdämpfung kann zu großen Gier-Aufschaukelungen und sogar zu einer Verschlechterung des Rollverhaltens infolge der zusatzliehen Störung führen, die durch die fyroskopische Einkopplung der großen Gierfehler in die Rollage verursacht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lageregelsystem zu schaffen, mit dem ohne Verwendung eines Gierfühlers sowohl Roll- als auch Gierfehler mit höherer Genauigkeit als bisher und insbesondere ohne zu große Gierbewegungen herabgesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst

Mit einem solchen System mit einem unabhängig erregten Rolldrehmomenterzeuger lassen sich Roll- und Gierfehler sehr genau beseitigen. Die Rollfehlerschwelle kann bei Bedarf bis auf Null herabgesetzt werden, was aus dem oben erläuterten Grund bisher kaum möglich war.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. la eine schematische Darstellung eines Satelliten mit seinen drei Achsen in Relation zum Drallvektor,

Fig. Ib ein Diagramm mit den Achsen im Inertialraum bezogen auf die Umlaufbahn-Normale,

Fig.2 ein Diagramm, das die Projektion der Nickachsenbahn in der örtlichen orbitalen Roll/Gierebene unter Roll/Gierregelung für einen längs der Rollachse orientierten magnetischen Dipol wiedergibt,

F i g. 3 ein F i g. 2 entsprechendes Diagramm für einen in der Roll/Gierebene orientierten magnetischen Dipol,

F i g. 4 das Blockschaltschema eines Roll/Gier-Regelsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und

F i g. 5 ein Diagramm, das die Vektorbeziehungen für die mechanischen Regelungen gemäß der Erfindung ₅₅ B_p wiedergibt.

Der in Fig. la dargestellte Satellit 10 kann von beliebiger Gestalt sein. Vom Massenzentrum 12 des Satelliten aus erstrecken sich drei zueinander senkrech- Φ te Körperachsen X, Y und Z, die mit 14, 16 bzw. 18 bezeichnet sind und in üblicher Weise als Gier-, Rollbzw. Nickachse bezeichnet werden. Außerdem sind drei auf die Umlaufbahn bezogene örtliche Orbital-Bezugs- Ψ einheitsvektoren r, t und h, die mit 15, 17 bzw. 19 bezeichnet sind, angegeben. Diese Einheitsvektoren fallen jeweils mit einer der drei Körperachsen des Satelliten zusammen, wenn er seine Soll-Orientierung in bezue auf die Umlaufbahn hat, wobei r der mit der Soll-Gierachse 14, fder mit der Soll-Rollachse 16 und π der mit der Nickachse 18 zusammenfallende Einheitsvektor sind.

Die Z- oder Nickachse 18 ist als diejenige Richtung im Satelliten 10 definiert die kollinear ist mit dem Gesamtdrehimpulsvektor H, bezeichnet mit 21, und dir Normalen zur Ebene der Umlaufbahn bei entsprechend der vorgesehenen Aufgabe orientierten Satelliten 10. Die Nickachse 18 verläuft parallel zur Drehachse eines nicht dargestellten Schwungrades. Die Vorzeichenkonvention ist so, daß die Nickachse 18, dargestellt in Fig. 1, positiv ist und in Richtung des positiven Drehimpulsvektors 21 verläuft Gemäß der auf diesem Gebiet üblichen Konvention ist somit der Drehimpuls des Satelliten 10 einer Größe äquivalent die ihn im Gegenuhrzeigersinn um die Nickachse rotieren läßt

Die Gierachse 14 und die Rollachse 16 sind zueinander senkrecht und rechtwinklig zur Nickachse. Das Achsensystem, wie es hier definiert und gebraucht wird, ist im üblichen konventionellen Sinne rechtsgängig mit der Reihenfolge X-Y-Z. Die Nickachse 18 dient hier als Drallachse und ist parallel zur Achse des Schwungrades (nicht gezeigt).

Für die nachstehende Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung wird vorausgesetzt daß der Drehimpulsvektor H kollinear mit der Nickachse 18 ist Ferner soll die Nickachse senkrecht zur Ebene der Umlaufbahn des Satelliten verlaufen.

Der hier beschriebene Satellit mit »gespeichertem« Drehimpuls oder Drall kann selbsttätig mit Hilfe herkömmlicher Drehmomenterzeuger, Fühler (Sensoren) und elektronischer Schaltkreise in einem Regelkreis, der ohne Steuersignal vom Boden auskommt, so orientiert werden, daß der Drehimpulsvektor R in die gleiche Richtung weist wie die Umlaufbahn-Normale.

Das Diagramm nach Fig. Ib zeigt verschiedene der Parameter, auf die in der nachfolgenden Beschreibung Bezug genommen wird. Die oben anhand der Fig. la eingeführten Achsen X, V und Z sind in F i g. Ib in ihren relativen Lagen gezeigt. Der örtliche Vertikalvektor 22a ist kollinear mit der gewünschten Bezugsrichtung für die Orientierung der Gierachse 14 des Satelliten. Der Vektor 24a zeigt die zur Umlaufbahnebene des Satelliten senkrechte Richtung an. Die Linie 26a stellt die Lage der Gierachse für den Fall dar, daß der Satellit einen Gierwinkel Ψ und einen Rollwinkel Φ, jedoch keinen Nickfehlerwinkel B_p relativ zu den Orbitalkoordinaten entsprechend den Vektoren 22a, 24a und 23a aufweist. Entsprechend stellt die Linie 28a die Lage der Rollachse für den Fall eines Gierwinkels Ψ und eines Rollwinkels Φ ohne Nickfehlerwinkel B_p dar. Die durch die verschiedenen Vektoren und Richtungen bestimmten Winkel sind wie folgt definiert:

Nickfehlerwinkel des Satelliten, definiert als der Winkel zwischen der Gierachse und der durch die Nickachse und den örtlichen Vertikalvektor 22a gebildeten Ebene;
Rollwinkel des Satelliten, definiert als der Winkel zwischen der Nickachse und der durch den Vektor 24a und den Geschwindigkeitsvektor 23a gebildeten Ebene;
Gierwinkel des Satelliten, definiert als der Winkel zwischen dem Vektor 24a und der durch die Nickachse 18 und den Vektor 22a gebildeten Ebene.

Das hier beschriebene LaKeregelsystem beruht auf

der Eigenschaft eines drallstabilisierten Satelliten, der sich im wesentlichen wie ein Kreisel verhält. Eine Eigenschaft eines gyroskopisch lagestabilisierten Raumfahrzeuges besteht darin, daß sich die Richtung seiner Rotationsachse im Raum nicht ändern kann, außer wenn sie absichtlich gedreht wird.

Da bei einem solchen drall-stabilisierten Raumfahrzeug das Rollen und Gieren über die Umlaufbahn sinusförmig abwechselt, ist die Lage der Rotationsachse auch ohne direkte Gierwinkelmessung, die für einen erdorientierten Satelliten sehr schwierig durchzuführen ist, eindeutig bestimmt. Bei dem vorliegenden System wird der Rollfehler als einzige Regeleingangsgröße des Regelkreises verwendet, wie nachstehend beschrieben wird.

Fig.2 zeigt ein Ortsdiaeramm der Projektion des Drallvektorslles Satelliten in der nominellen Roll/Gierebene. Bei Abwesenheit von störenden Drehmomenten ist der Drallvektor senkrecht zur nominellen Roll/Gierebene, so daß folglich keine Projektion des Vektors in dieser Ebene vorhanden ist

Als Folge von Störungsdrehmomenten, die durch Solardruck und/oder Schwerkraftgefälle und/oder remanente magnetische Dipole des Raumfahrzeugs hervorgerufen werden, wird der Drallvektor eine Präzisionsbewegung aus einer zur nominellen Roll/Gierebene senkrechte Lage ausführen, was zu Roll- und Gierfehlern in der Fluglage des Raumfahrzeuges führt. Die Projektion des präzedierten Drallvektors in der nominellen Roll/Gierebene beschreibt dabei eine Bahn 36, die bei Abwesenheit von korrigierenden Regeldrehmomenten eine Spirale mit laufend wachsendem Radius darstellt.

In Fig. 2 sind drei Rollfehlerschwellen, bezeichnet mit -Φι (30), -0₂(32)und -Φ₃ (34) angegeben, um die Auswirkung einer magnetisch bewirkten Drehung durch einen parallel zur Rollachse orientierten, nominell ein Gierdrehmoment erzeugenden Dipol auf sowohl den Roll- als auch den Gierfehler zu verdeutlichen. Die Schwellwerte stellen in Winkelgraden denjenigen Betrag des Rollfehlers dar, der für das Raumfahrzeug zulässig ist, bevor die magnetische Korrekturdrehung einsetzt Wird der Schwellwert auf einen mit 30 bezeichneten Wert eingestellt, so wirkt sich die magnetische Drehung durch den parallel zur Rollachse orientierten Dipol dahingehend aus, daß sowohl der Roll- als auch der Gierfehler verkleinert werden, wie durch die Pfeillinie 38 angedeutet Wird der Schwellwert auf 32 heruntergesetzt, so wirkt sich die magnetische Drehung, wie durch die Pfeillinie 40 angedeutet dahingehend aus. daß sowohl der Roll- als auch der Gierfehler zwar immer noch verkleinert werden, jedoch bei beiden Fehlern um geringere Beträge als im Falle der Schwelleneinstellung auf 30. Bei noch weiterer Herabsetzung der Rollfehlerschwelle auf 34 wirkt sich, wie durch die Pfefllinie 42 angedeutet die magnetische Drehung so aus. daß zwar der Rollfehler verkleinert, dagegen der Gierfehler vergrößert wird. Bei Orientierung des magnetischen Drehmomenterzeugers parallel zur Rollachse kann also ein Absenken der Rollfehlerschwelle eine Aufbauschung des Gierfehlers zur Folge haben, was infolge der zusätzlichen Störung, die durch die gyroskopische Einkopplung großer Gierfehler in das Ronen bedingt ist, schließlich zu einer Verschlechterung des Rollverhaltens führen kann.

Das Diagramm nach Fig.3 zeigt ebenfalls eine Projektion des Drallvektors des Raumfahrzeuges in die nominelle Roll/Gierebene bei Anwesenheit von Stördrehmomenten. Der von der Vektorprojektion beschriebene Bahnverlauf 50 ist eine Spirale, die zu Vergleichszwecken identisch ist mit der Bahn 36 (F i g. 2). Die in F i g. 3 angegebenen Rollfehlerschwellen _ φ, (44), _ φ₂ (46) und - Φ3 (48) sind ebenfalls identisch mit den Schwellen 30,32 bzw. 34 nach F i g. 2.

Erfindungsgemäß ist im Satelliten ein magnetischer Drehmomenterzeuger in solcher Orientierung angeordnet, daß der erzeugte magnetische Dipol senkrecht zur Nickachse des Satelliten und in der durch die Roll- und die Gierachse gebildeten Ebene ausgerichtet ist. Der Dipol liegt in dieser Ebene in einem vorbestimmten Azimutwinkel zur Rollachse. Die Auswirkung einer derartigen Orientierung des magnetischen Dipols wird ersichtlich, wenn man Fig.3 auf die verschiedenen Rollfehlerschwellen untersucht und das Resultat der magnetischen Drehung mit dem nach Fig.2 für die gleichen bzw. entsprechenden Fehlerschwellen vergleicht Bei Einstellung der Rollfehlerschwelle auf 44 folgt die Auswirkung der magnetischen Drehung durch den schiefwinklig angeordneten Dipol der Bahn 52. Vergleicht man diese Bahn 52 nach F i g. 3 mit der Linie 38 nach Fig.2, so sieht man, daß der schiefwinklig angeordnete Dipol für die gleiche Rollfehlerschwelle (-Φ,) eine weit stärkere Verkleinerung sowohl des Roll- als auch des Gierfehlers bewirkt als der parallel zur Rollachse angeordnete magnetische Dipol. Ebenso ergibt für die Rollfehlerschwellen -Φ2 und -Φι ein Vergleich der Fig.2 und 3, daß der schiefwinklig angeordnete Dipol, wie durch die Bahnen 54 und 56 angedeutet, eine bessere Kompensation von Roll- und Gierfehlern ergibt als der parallel zur Rollachse angeordnete Dipol. Auch bei Herabsetzung der Fehlerschwelle auf -Φ3 bewirkt der schiefwinklig angeordnete Dipol immer noch eine Minderung sowohl des Roll- als auch des Gierfehlers, wie man aus der Bahn 56 ersieht während der parallel zur Rollachse orientierte Dipol, wie die Linie 42 in F i g. 2 zeigt, den Gierfehler vergrößert Die schiefwinklige Anordnung des Korrekturdipols in der Roll/Gierebene ermöglicht also eine Herabsetzung der Rollfehlerschwelle auf niedrigere Werte, sogar bis auf Null, und damit eine erhöhTe Lagegenauigkeit des Raumfahrzeuges gegenüber dem parallel zur Rollachse orientierten Dipol. Fig.4 zeigt das Blockschaltschema einer Ausführungsform des hier beschriebenen Regelsystems. Ein am Satelliten 10 angeordneter Fluglagenfühler, z.B. ein Horizontsensor 60, spricht auf Energie von der Erdoberfläche an. Der Fluglagenfühler kann beliebig in bekannter Weise ausgebildet sein. Typischerweise kann man zwei Sensoren so anordnen, daß sie den Horizont »V«-förmig abtasten. Eine Sensorelektronik 62 erzeugt unter Steuerung durch die Signale voir. Horizontsensor 60 ein dem Rollfehler Φ des Satelliten proportionales SignaL Wie oben erklärt, stellt der Rollfehler des Satelliten die Fehlerausrichtung zwischen dem Drehimpulsvektor //und der durch den Geschwindigkeitsvektor und die Umlaufbahn-Normale gebildeten Ebene (Fig. Ib) dar. Je nachdem, was für spezielle Ausführungen für den Horizontsensor 60 und/oder die Sensorelektronik 62 verwendet werden, kann das Ausgangssignal der Sensorelektronik die Form entweder eines Analogsignals oder von Digitalwörtern haben.

Das Ausgangssignal der Sensorelektronik 62 wird zur Verringerung von Stör- und Rauschkomponenten in

einem elektronischen oder digitalen Filter 64 gefiltert

Em Schwellwertdetektor 66 vergleicht die gefilterten Ausgangssignale mit einem gegebenen Schwellwert

Der Schwellwert ist abhängig vom Grad der für den Satelliten erforderlichen Lagegenauigkeit. In manchen Anwendungsfällen kann sogar ein Schwellwert Null erforderlich sein. Der in herkömmlicher Weise ausgebildete Schwellwertdetektor 66 enthält eine Schaltungsanordnung, die ein Ausgangssignal erzeugt und aufrechterhält, wenn der Rollfehler den gegebenen Schwellwert übersteigt. Das Ausgangssignal des Schwellwertdetektors bleibt so lange aufrechterhalten, bis der Rollfehler das Vorzeichen ändert. Die Vorzeichenänderung zeigt an, daß das vom Drehmomenterzeuger erzeugte Korrektur- oder Regeldrehmoment den Rollfehler beseitigt hat Wenn der Rollfehler größer ist als der vorbestimmte Schwellwert, so wird die Polarität des vom Drehmomenterzeuger 74 gebildeten magnetischen Dipols durch den Fehierfühler 68 bestimmt Der vom Fehlerfühler 68 angezeigte Fehlersinn bestimmt die Richtung des Stromes, der durch den magnetischen Drehmomenterzeuger fließen muß, damit das gewünschte Regeldrehmoment erzeugt wird Wird beispielsweise der Horizontsensor 60 durch zwei Sensoren in »V«-Gruppierung gebildet, so zeigt der Fehlerfühler 68 an, welches der beiden Sensorausgangssignale dem anderen vorangeht, wodurch der Richtungssinn des Rollfehlers angezeigt wird. Für diese Art von Horizontfühler verwendet man als Fehlerfühler 68 einen Phasendetektor, der die beiden Ausgangssignale des Horizontfühlers vergleicht

Eine mit den Ausgangssignalen sowohl des Schwellwertdetektors 66 als auch des Fehlerfühlers 68 gespeistes binäres Schaltwerk 70 zeigt einer Treiberschaltung 72 an, welche Polarität und Größe der den Drehmomenterzeuger erregende Strom haben muß, um den Rollfehler auszuregeln. Die Treiberschaltung 72, die typischerweise entweder eine Strom- oder eine Spannungsquelle enthält, ist zweckmäßig so eingerichtet, daß sie entsprechend den Signalen von dem Schaltwerk 70 Signale erzeugt, welche die erforderliche Strompolarität für den magnetischen Drehmomenterzeuger 74 bestimmen. Der magnetische Drehmomenterzeuger 74 kann aus einer einzigen Einheit, beispielsweise einer kernlosen Spule oder einem Elektromagneten, oder mit Rücksicht auf Montage- oder Konstruktionserwägungen aus einer Gruppe von Einheiten bestehen, die magnetische Dipole bilden, deren Vektorsumme die gewünschte Dipolgröße und -richtung ergibt Die Richtung des durch den magnetischen Drehmomenterzeuger 74 fließenden Stromes wird daher durch den Sinn des gefilterten Rollfehlersignals bestimmt

Das Diagramm nach F i g. 5 zeigt in anderer Form die Vektorbeziehung der verschiedenen Kräfte und Drehmomente, die für einen das hier beschriebene Lageregelsystem benutzenden Satelliten von Bedeutung sind. Das Diagramm zeigt den Satelliten IO in einer synchronen Umlaufbahn 80 um die Erde 82. Die Umlaufbahn ist annähernd äquatorial. Für einen Satelliten in synchroner Höhe verläuft das magnetische Erdfeld B im wesentlichen parallel zur Umlaufbahn-Normalen. Der magnetische Drehmomenterzeuger 74, der auf dem Satelliten orthogonal zur Nickachse in der Roll/Gierebene angeordnet ist, bildet einen magnetischen Dipol mit Komponenten entweder längs der positiven Rollachse und der negativen Gierachse oder

ίο längs der negativen Rollachse und der positiven Gierachse für das dargestellte Koordinatensystem. Die Wechselwirkung des magnetischen Dipols für die obengenannten Komponenten mit dem magnetischen Erdfeld ergibt diejenigen magnetischen Regeldrehmomente längs der positiven Roll- und der positiven

Gierachse oder der negativen Roll- und der negativen Gierachse, mit denen der Roll- und der Gierfehler

ausgeregelt werden.

Nach einem mittels eines Computers erstellten

Modell wurden Berechnungen der Rollschwelle, der Dipolfeldstärke und der Lage des Dipols in der Roll/Gierebene für einen speziellen Satelliten mit vorgegebenem Drall in einer schwach geneigten Umlaufbahn durchgeführt Als Eingangsgrößen bei diesem Computermodell wurden verwendet: das magnetische Erdfeld, die Gestalt der Umlaufbahn, die verschiedenen Stördrehmomente, denen das Raumschiff ausgesetzt sein würde, und der Drall des Raumschiffes. Stördrehmomente können hervorgerufen werden durch Solardruck, Schwerkraftgefälle und remanente magnetische Dipole des Raumfahrzeuges in Einzel- oder in Kombinationswirkung. Diese Stördrehmomente können berücksichtigt werden, indem man Oberflächen- und Masseeigenschaften des Raumfahrzeuges so bestimmt, daß sie die Wirkung des Solardnickes bzw. des Schwerkraftgefälles repräsentieren, und indem man eine Dipolkomponente auf jeder Körperachse des Raumfahrzeuges so festlegt, daß die Wirkung der durch die remanenten magnetischen

Dipole verursachten Drehmomente repräsentiert wird. Sodann wurden der schiefwinklig angeordnete Dipol

und verschiedene Orientierungen für diesen Dipol in das

Computermodell eingegeben. Anschließend wurden die Größe und Richtung des Dipols variiert, um die beste

Orientierung für den Dipol in der Roll/Gierebene zu ermitteln.

Das Computermodell zeigt, daß für diesen speziellen Satelliten mit vorgegebenem Drall um die Nickachse mit der gegebenen speziellen Mission oder Aufgabenstellung die Rollschwelle auf 0,02 Grad eingestellt werden kann, die Dipolfeldstärke 90,0 Atm² beträgt und der Dipo! in der RoU/Gierebene entlang einer Achse orientiert sein sollte, die um 70 Grad von der positiven Rollachse zur negativen Gierachse hin gedreht ist

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Lageregelsystem zum automatischen Korrigieren des Roll- und des Gierfehlers eines um die Erde in einer zur Erdäquatorebene schwach geneigten Umlaufebene kreisenden Satelliten mit vorgegebenem Drall um die Nickachse durch magnetische Drehmomentbeaufschlagung, wobei die mit dem Drallvektor des Satelliten kollineare Nickachse auf eine gewünschte Fluglage ausgerichtet wird, mit einem Regelkreis enthaltend (a) einen Rollfehler-Sensor, dessen Ausgangssignal dem Rollfehler und der aufgrund einer Kreisbewegung des Satelliten in einer gegebenen Beziehung zum Rollfehler stehenden Abweichung der Nickachse von der gewünschten Fluglage entspricht, (b) eine magnetische Einrichtung zur Drehmomenterzeugung, die im Satelliten so orientiert ist, daß ein nut dem Magnetfeld der Erde zusammenwirkender, aufgrund seiner Polarität ein den Rollfehler herabsetzendes Drehmoment um die Gierachse erzeugender magnetischer Dipol auf einer Achse gebildet wird, welche senkrecht zur Nickachse des Satelliten verläuft und in der durch die Roll- und die Gierachse gebildeten Ebene liegt, (c) eine an den Sensor gekoppelte Detektoranordnung, die ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Sensorausgangssignal einen einer vorbestimmten Rollfehlerschwelle entsprechenden Wert übersteigt, und (d) eine an die Detektoranordnung gekoppelte Anordnung, die bei Empfang des Detektorausgangssignals die Einrichtung zur Drehmomenterzeugung so erregt, daß deren Magnetfeld mit dem Magnetfeld der Erde ein Drehmoment erzeugt, das im Sinne einer Korrektur sowohl des Rollfehlers als auch der Nickachsenabweichung die Orientierung des Drallvektors ohne wesentliche Änderung von dessen Größe ändert, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Einrichtung (74) zur Drehmomenterzeugung gebildete magnetische Dipol in der Roll/Gier-Ebene unter einem Azimutwinkel schräg zur Rollachse (16) des Satelliten (10) verläuft und die Detektoranordnung (66) ihr Ausgangssignal so lange erzeugt, bis das Ausgangssignal des Sensors (60) sein Vorzeichen wechselt

2. Lageregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (74) zur Drehmomenterzeugung einen ersten Drehmomenterzeuger, der längs einer zur Rollachse (16) des Satelliten (10) parallelen Achse orientiert ist, und einen zweiten Drehmomenterzeuger, der längs einer zur Gierachse (14) des Satelliten parallelen Achse orientiert ist, enthält, und daß der Summenvektor der von den beiden Drehmomenterzeugern gebildeten Dipole die Azimutwinkellage zur Rollachse hat