Lageregelung (Magnetic Torquers)

Magnetic
Torquers bestimmen die Flugrichtung des GOCE Satelliten, indem sie ein großes
magnetisches Dipolmoment erzeugen und sich dann die physikalische Eigenschaft
zunutze machen, dass sich ein
magnetischer Dipol immer parallel zu den magnetischen Feldlinien ausrichten
will. Äußeres Feld ist natürlich das Erdmagnetfeld, dessen momentane Richtung
und Betrag mit Hilfe der Magnetometer bestimmt wird.

Hauptkomponenten
des Magnetic Torquer sind der Kern aus einem magnetisch weichem Material mit
geringer Restmagnetisierung und die Wicklungen einer oder mehrerer Spulen um
diesen Kern. Dabei kann bei kurzen Torquern die Spule annähernd die gleiche
Masse erreichen, wie der Kern. Achten muss man bei der Konstruktion vor allem
darauf, dass keine Kurzschlüsse in der Spule auftreten und auch nicht durch
thermische Beanspruchung hervorgerufen werden.

Abbildung:
Magnetic Torquer der Firma ZARM Technik GmbH

Bei GOCE
kommen drei Magnetic Torquers zum Einsatz, die orthogonal zueinander stehen und
entlang der x-, y- und z-Achse des Satelliten ausgerichtet sind. Das maximale lineare
Dipolmoment bei einer Länge von 75 cm beträgt im groben Modus 400 Am2
und im Feinmodus 50 Am2. Die Restmagnetisierung ist kleiner als
0,5%.

Da der
Satellit um die Erde kreist, hat das Erdmagnetfeld nicht in jedem Moment eine
Komponente, die senkrecht auf allen Achsen steht und somit ist eine permanente
instantane Kompensation von Drehmomenten nicht möglich. Z.B. zeigt bei der
Überquerung der Pole das Erdmagnetfeld nahezu in Richtung der z-Achse des
Satelliten und somit kann kein Drehmoment um die z-Achse erzeugt werden.

Abbildung:
Simulierte Abweichungen der Lage des Satelliten von seiner nominellen Lage in
Abhängigkeit von der Zeit, die einem überflogenen Breitengrad entspricht. Hier
sind ungefähr zwei Umläufe des Satelliten um die Erde dargestellt.

In dieser
Abbildung erkennt man, dass die größte Abweichung der Lage des Satelliten von
seiner Soll-Lage in z-Richtung mit ungefähr 3° abgeschätzt wird.