Levitation - Satelliten in Stellung und auf Kurs halten

Das Lage- und Bahnsteuerungssystem (AOCS) eines Raumschiffs erhält die Ausrichtung des Schiffes, während es die Erde umkreist, und hält es auf seiner Umlaufbahn. Dadurch ist es für den Erfolg und die Sicherheit der Mission von entscheidender Bedeutung. Darüber hinaus wirkt sich die Effizienz des AOCS, mit der es seine Arbeit verrichtet, direkt auf den Kraftstoffverbrauch aus und indirekt auf die Kosten und Nutzlastgröße der Mission.

Um die europäische Unabhängigkeit und Wettbewerbsfähigkeit im kommerziellen und wissenschaftlichen Satellitensektoren zu verbessern, führten Forscher das EU-geförderte Projekt ELSA (European levitated spherical actuator) durch. Masse, Größe und Stromverbrauch des Lagesteuerungsuntersystems (ACS) zu reduzieren und gleichzeitig die Präzision aufrechtzuerhalten und die Zuverlässigkeit zu verbessern, waren die wichtigsten Ziele.

Eine ACS verwendet herkömmlicherweise mindestens drei Reaktionsräder oder Steuermomentkreisel, um Veränderungen von Parametern wie Beschleunigung oder Drehmoment zu erfassen. Mithilfe von Autoren erzeugt das ACS dann eine korrigierende Reaktion. Die Wissenschaftler von ELSA bauten auf einer neuen Idee für ein ACS auf, die vor über 20 Jahren vorgeschlagen wurde: eine sogenannte Reaktionskugel, die mit einem Magnetfeld in der Schwebe gehalten wird. Sie besitzt nahezu perfekte Symmetrie, einen inhärenten optimalen mehrachsigen Referenzrahmen und eine erhebliche geringere Masse im Vergleich zu einer Konfiguration mit drei Reaktionsrädern. Die Überwindung technischer Schwierigkeiten _brachte die Technologie näher zur kommerziellen Reife.

Ein Labor-Prototyp für das Proof-of-Concept auf der Grundlage dieses Prinzips wurde entworfen, gebaut und getestet. Das ausgewählte synchrone Konzept wurde bemessen, um den von verschiedenen Hauptauftragnehmern zur Verfügung gestellten Spezifikationen ungefähr zu entsprechen. Der erste Reaktionskugel-Prototyp wurde entwickelt, um ein Drehmoment von 0,2 Nm und einen Drehimpuls von 23 Newtonmetersekunden zu erhalten.

Das elegante Steckbrett von ELSA wird die Nutzung des Potenzials der Reaktionskugel hinsichtlich exportierter Kraft und Drehmomente ermöglichen, um das volle Potenzial des Designs in Bezug auf Reaktionsräder oder Steuerimpulskreisel für Raumfahrtanwendungen zu demonstrieren.

Die Idee eines Reaktionskugel-ACS zur technischen Reife zu bringen, wird ein großer Erfolg für die EU-Raumfahrtgemeinschaft sein. Dadurch wird die Abhängigkeit von fremden Systemen verringert, indem eine starke Alternative geboten wird, die auch andere Nationen und Unternehmen übernehmen könnten. Die Arbeiten und Ergebnisse von ELSA ebneten den Weg zur Realisierung dieses Potenzials.