1 Einleitung ................................................. 5
1.1 Hintergrund/ Anwendung als Treiber für Agilität ............ 6
1.2 Überblick Satellitenmission BIROS ......................... 10
1.3 Definitionen und Erläuterungen verwendeter Begriffe ....... 14
2 Stand der Technil ......................................... 19
2.1 Szenarien hoch agiler Fernerkundungsmissionen ............. 19
2.1.1 Missionsszenario "Strip" ........................... 19
2.1.2 Missionsszenario "Large Area" ...................... 21
2.1.3 Missionsszenario "Change Detection" ................ 23
2.1.4 Missionsszenario "Stereo" .......................... 23
2.1.5 Missionsszenario "Single Target" ................... 24
2.2 Lageregelung während der Erdbeobachtung ................... 24
2.3 Agilität in der Lageregelung .............................. 25
2.4 Aktuatoren ................................................ 27
2.4.1 Magnetspulen ....................................... 27
2.4.2 Reaktionsräder ..................................... 31
2.4.3 Control Momentum Gyro .............................. 35
2.5 Problembeschreibung ....................................... 36
2.6 Wissenschaftliche Zielsetzung ............................. 37
3 Anforderungen hoch agiler Fernerkundungsmissionen ......... 39
3.1 Randbedingungen und Anforderungen der optischen
Fernerkundungsmission BIROS ............................... 39
3.1.1 Orbitparameter ..................................... 39
3.1.2 Satellitenparameter ................................ 41
3.1.3 Randbedingungen-parameter der optischen Nutzlast ... 41
3.1.4 Anforderung Agilität ............................... 44
3.2 Analyse hoch agiler Manöver zur Bestimmung des
erforderlichen Drehmoments und der Drehimpulsänderung ..... 44
3.2.1 Missionsszenario "Strip" ........................... 44
3.2.2 Missionsszenarien "Large Area" / "Change
Detection" ......................................... 45
3.2.3 Missionsszenario "Stereo" .......................... 50
3.2.4 Missionsszenario "Single Targets" .................. 51
3.3 Zusammenfassung ........................................... 51
4 System Hochleistungsreaktionsrad "HTW" .................... 54
4.1 Konzept Aktuatorsystem und "Hochleistungsreaktionsrad" .... 54
4.2 Das Hochleistungsreaktionsrad "HTW" ....................... 55
4.2.1 Anforderungen am Beispiel des Kleinsatelliten
BIROS .............................................. 56
4.2.2 Auslegung .......................................... 57
4.2.3 Designbeschreibung "HTW-BIROS" ..................... 63
4.2.4 übersicht Hochleistungsreaktionsrad ................ 67
4.2.5 Vergleich Hochleistungsreaktionsrad mit
Reaktionsrad und Control Momentum Gyro ............. 67
4.3 Der Regler des "Hochleistungsreaktionsrades" .............. 71
4.3.1 Auslegung Regler ................................... 71
4.3.2 Vereinfachter Regler ............................... 76
4.3.3 Bestimmung der Stellgrößen ......................... 79
4.4 Anpassung Lageregelungssystem und Systemregler ............ 81
4.4.1 Modifikation Lageregelungssystem ................... 81
4.4.2 Anpassung Systemregler am Beispiel des
Kleinsatelliten BIROS .............................. 83
4.4.3 Erweiterung Systemregler ........................... 93
4.4.4 Optimierung Rechenzeit Systemregler ................ 95
4.5 Modell .................................................... 96
4.5.1 Detailliertes Modell des
Hochleistungsreaktionsrades ........................ 96
4.5.2 Vereinfachtes HTW-Modell ........................... 99
4.6 Hardware in the Loop ..................................... 100
5 Auswertung/Ergebnisse .................................... 102
5.1 Allgemein ................................................ 102
5.2 Überprüfung Leistungsspektrum
"Hochleistungsreaktionsrad" .............................. 102
5.2.1 Schwenkmanöver .................................... 103
5.2.2 Gleichlauf ........................................ 105
5.2.3 Beschleunigung .................................... 107
5.3 Test und Bewertung des Gesamtsystems ..................... 108
5.3.1 Testbeschreibung .................................. 108
5.3.2 Schwenkmanöver 1 .................................. 109
5.3.3 Schwenkmanöver 2 .................................. 111
5.4 Inbetriebnahme im Orbit .................................. 114
5.4.1 Inbetriebnahme Hochleistungsreaktionsrad .......... 114
5.4.2 Inbetriebnahme im Orbit ........................... 115
6 Zusammenfassung und Ausblick ............................. 117
Abbildungsverzeichnis .................................... 119
Tabellenverzeichnis ...................................... 122
Symbolverzeichnis ........................................ 123
Abkürzungsverzeichnis .................................... 127
Literaturverzeichnis ..................................... 128
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