DE3329955A1 - Lageregelung von satelliten - Google Patents

Description

83-39 R 16. August 1983

B/Bt

Lageregelung von Satelliten

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lageregelung von Satelliten, die mit Sonnensegel bzw. Solargeneratoren ausgerüstet sind.

Bekannt ist die Regelung von Satelliten mittels sogenanntem Dralleffekt, d.h. in dem Satelliten ist ein Reaktions-r rad angeordnet, das in Abhängigkeit von der Lage des Satelliten in seiner Drehzahl verändert wird und damit eine Regelung der Lage gestattet. Die zu regelnden Satelliten sind erdorientiert und geostationär angeordnet und werden grundsätzlich in die richtige Lage gebracht, nachdem sie ihre Bahn erreicht haben. Die Ausrichtung des Satelliten wird bekannterweise mittels Schubsysteme vorgenommen. Sonnenenergie als Sonnenwind oder Sonnendruck läßt u.a. die Satelliten aus ihrer Lage abweichen, so daß mit Hilfe von an Bord befindlichen Sensoren die Lage wieder stabilisiert werden muß. Man geht heute dazu über, den sogenannten Solar Sailing-Effekt auszunutzen, d.h. die Sonnenenergie für die Lagebestimmung wirksam zu machen. In Verbindung mit einem Drallrad können die beiden Sonnensegel gedreht werden, wobei verständlich nur eine Lageregelung in zwei Achsen möglich ist.

Wird der Satellit in die Umlaufbahn geschossen, so ist der Sonnengenerator in der Regel gefaltet oder aufgerollt, und er entfaltet sich, nachdem der Satellit seine Bahn erreicht hat.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Lageregelung in allen drei Achsen zu ermöglichen - unter Vermeidung der bekannten Schubsysteme sowie des Drallrades, und zwar durch eine kontrollierte Deformation des Sonnengenerators. Erfindungsgemäß ist der Solargenerator einseitig an den Satelliten angelenkt und mit Hilfe von Seilen, die über Kreuz für jede Generatorfläche gespannt sind, am Satelliten festgehalten. Den Seilenden am Satelliten sind Winden zugeordnet, die die Sei Hänge veränderbar gestalten. Diese Seilwinden werden von dem an Bord vorhandenen bekannten Sensorsystem beeinflußt, das in Abhängigkeit von der Lage des Satelliten wirksam wird. Der Satellit besitzt somit an Bord einen geschlossenen Regelkreis zur Beeinflussung der vier Seilwinden. Werden die Seile oder einzelne Sei Te verkürzt, wird sich die Generatorfläche biegen und damit die Fläche, die der Sonneneinwirkung ausgesetzt ist, kleiner werden. Sobald der Satellit einer Störung unterliegt, die seine Lage beeinträchtigt, z.B. durch Sonneneinwirkung in Form von Sonnenwinden, muß diese ausgeglichen werden.

Anhand von Zeichnungsbeispielen ist die Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen Satelliten mit aufgespanntem Solargenerator,

Fig. 2 zeigt eine Anordnung mit einem Drehkreuz, Fig. 3 zeigt eine gekrümmte Generatorfläche.

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Betrachtet man die Figur 1, so ist zu erkennen, daß die Solargeneratoren 6 durch verschiedenes Ansprechen der Winden 10 an den Seilenden 1 bis 4 in verschiedene Lagen gebracht werden können, und zwar beim Ansprechen von 1 und 3 wird der Satellit sich um die Y-Achse drehen, beim Ansprechen von 1 und wird er um die Z-Achse gedreht und beim Ansprechen von 1 und 2 wird er um die X-Achse gedreht. Selbstverständlich ist es möglich, die Vorgänge auch so zu steuern, daß zwei Achsen gleichzeitig ansprechen. Die Winden sind Stellglieder Ub-1 icher Art - sensorbeeinflußt. Es wird mit Hilfe dieser Seilzüge erstmals erreicht, daß ein Satellit überhaupt um alle drei Achsen drehbar ist.

Durch ein Lagemeßsystem bekannter Art, z.B. Blickwinkel zur Sonne, wird der Satellit in Richtung gehalten. Tritt eine Veränderung auf, wird durch Impulse auf die Winden 10 über den Regelkreis eine Beeinflussung der Seilzüge 7 vorgenommen, wodurch sich die Fläche 8 der Solargeneratoren verändert und mit der veränderten Fläche 9 die Drehung des Satelliten einsetzt. Es ist aus der Figur ersichtlich, daß eine Verkürzung der Fläche möglich ist, aber auch ihre Verdrehung hervorgerufen werden kann, nämlich dann, wenn nur an einem Seil gezogen wird. Um einen möglichst großen Seilzug zu erreichen, sind die Seile 7 an der einen Fläche 11 des Satelliten angelenkt und die Solargeneratoren an der gegenüberliegenden Fläche 12 angebracht.

Die Figur 2 zeigt ein anderes Beispiel, wo bereits für einen bestehenden hevkömmlichen Satelliten, bei dem das Drallrad 13 noch in Funktion ist, durch ein Drehkreuz außerhalb des Satelliten und daran aufgespannter Solargeneratorfläche über Abspannung von zwei Seilen eine Beein-

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flussung der Generatorfläche möglich ist. Hierbei müssen die Winden 10 allerdings außen auf dem Drehkreuz 14 montiert sein und die Impulse durch die Kreuzmitte erhalten. Der Generator wird hier ebenfalls mittels unterschiedlicher Seilzüge verspannt, wodurch die Flächenänderung bewirkt wird. Das Drehkreuz kann sich darüber hinaus drehen. Allerdings ist hier nur eine Regelung um zwei Achsen möglich, nämlich um die Z- und die X-Achse.

Die Wirkungsweise ist folgende: Ein auf die Sonne ausgerichteter Satellit oder der auf die Sonne ausgerichtete Teil eines solchen wird in seiner Lage geregelt, indem der Strahlungsdruck, der auf die zur Sonne ausgerichteten Fläche wirkt, in der Regel der Solargenerator, ausgenutzt wird (Solar Sailing-Effekt). Der Solargenerator (entrollt/entfaltet) ist im ausgefahrenen Zustand mit seinen äußeren Punkten mit dem Satellitenkörper in der in Figur 1 gezeigten Art, mit dünnen Seilen/ Kabeln verbunden. In den Endpunkten 1 bis 4 sind mit Stellmotoren versehene Winden 10 angeordnet, die mittels der Lageregelungselektronik gesteuert werden.

Soll eine Störung ausgeglichen werden, die eine positive Drehung um die Y-Achse erforderlich macht, so werden die Winden 10 der Seilenden 1 und 3 angesteuert und ziehen den Solargenerator in die in Figur 3 gezeigte Stellung. Durch Variation der bestrahlten Fläche ("Unsymmetrie") bewegt sich der Anfgriffspunkt des Solardrucks von S nach S'. Es entsteht ein Moment der Größe pxAxl um die Y-Achse, das eine Drehung bewirkt und die vorhandene Störung ausgleicht. Entsprechend können Drehungen um die anderen Achsen eingeleitet werden.

λ) ρ: Solardruck, A: effektiv angestrahlte Fläche, 1: Abstand Schwerpunkt-Druckangriffspunkt, gemessen auf der X-Achse

fur Akte 83-39 R

8 9

Satellit

Solargenerator

Seile

Ebene Fläche

gekrümmte Fläche

33 34

35 36 37

38

39

ίο Winden	40
ii Ebene hinten	4l
12 Ebene vorn	42
13 Drallrad	43
i4 Drehkreuz	44
15	■»5
16	46
17	47
18	48
19	49
20	5O
21	51
22	52
23 " ...	53
24 "~	54
25 -	55
26	56
27	57 .
28	58
29 .	59
30 ;_ . '	6o

Claims (6)

332995* 83-39 R 16. August 1983 B/Bt ERNO Raumfahrttechnik Gesellschaft mit beschränkter Haftung Patentansprüche

1. Lageregelung von Satelliten, die mit einem Solargenerator ausgerüstet sind und die auf die Sonnenenergie reagieren, dadurch gekennzeichnet , daß auf die in einer Ebene angeordneten Solargeneratoren (6) durch Variation ihrer von der Sonne bestrahlten Flächen (8) infolge Sonnendruck ein Moment ausgeübt wird, das eine Drehung des Satelliten (5) bewirkt.

2. Lageregelung von Satelliten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Solargeneratorteil (6) beidseitig in einer Ebene (12) am Satelliten angebracht ist.

3. Lageregelung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß an den dem Satelliten (5) abgewandten Enden der Solargeneratoren (6) in den

Eckpunkten Seile (7) befestigt sind, deren andere Enden an der parallelen Fläche (11) des Satelliten über Kreuz angreifen und von Winden (10) aufgenommen sind.

4. Lageregelung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Winden (10) lageabhängig steuerbar sind und durch unterschiedlichen Seilzug die Solargeneratorflächen verändern.

5. Lageregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß am Satelliten ein Drehkreuz (14) angebracht ist, über dessen zwei äußere Punkte ein Solargenerator senkrecht zum Satelliten befestigt ist, daß an den äußeren Eckpunkten des Solargenerators zwei Seilenden befestigt sind, deren anderes Ende an den anderen beiden äußeren Punkten des Drehkreuzes angreifen.

6. Lageregelung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η - zeichnet , daß auf dem Drehkreuz (14) im Angriffspunkt der Seilenden je eine Winde (10) angeordnet ist, in die die Seile einlaufen.