3.4 Магнитная система ориентации

Как было сказано выше, одной из целей миссии является демонстрация функционирования активной магнитной системы ориентации, реализующей различные режимы движения спутника относительно центра масс. Работа германского сегмента МСО включает следующие фазы:

· инициализация,

· стабилизация,

· наблюдение,

· эксперименты с различными алгоритмами ориентации (опционно).

По общей схеме функционирования российский бортовой компьютер (ROC) является центральным вычислительным устройством и управляет работой германского бортового компьютера (ZOC). Это включает в себя контроль во время выполнения ZOC различных фаз. ROC может включать и выключать ZOC, а также направлять управляющие команды для активизации других режимов работы системы. Фаза инициализации требуется после включения ZOC. Одной из основных задач в этой фазе является проверка работоспособности подсистем путем контроля температуры, напряжения и тока. Магнитометр и модем тестируются, анализируя последовательный код или обмен контрольными сообщениями. В фазе инициализации может быть использован метод FDIR [15] для реализации альтернативного набора функциональных возможностей, если неисправны подсистемы. Важным результатом является способность спутника поддерживать связь с наземным пунктом управления с использованием двух имеющихся на борту модемов различных коммуникационных систем. Результатом выполнения фазы инициализации будет состояние незанятости для ZOC для приема следующих команд от ROC. Фаза стабилизации является наиболее важным этапом функционирования МСО. Здесь происходит активное гашение начальных угловых возмущенных движений спутника. Задачи, которые подлежат решению на этом этапе, включают первичное определение текущего углового движения спутника и затем демпфирование начального вращения. Магнитное поле измеряется с высокой частотой для того, чтобы провести аккуратное моделирование в наземных условиях начальных условий движения спутника. Предполагаемая минимальная частота съема данных составляет 10 Гц, которая может быть лимитирована рабочими возможностями магнитометра. Длительность сессии измерения выбирается, по крайней мере, не менее двух минут, чтобы "уловить" даже медленные вращения. Следует заметить, что движение может быть определено лишь относительно вектора местной индукции геомагнитного поля. Реальное движение относительно инерциального пространства требует использования других датчиков ориентации или методов обработки измерений. После фазы первичного определения углового движения спутник выполняет маневр успокоения с использованием токовых катушек. В зависимости от скорости начального вращения этот маневр может занять несколько часов. Дальнейшее моделирование движения позволит установить достоверность предположений об угловом движении. Демпфирование является существенной фазой и должно быть выполнено в автономном режиме, если уж ROC дал команду ZOC на его выполнение и фаза первичного определения углового движения спутника завершена. Целью режима демпфирования является синхронизация углового движения спутника с движением местного вектора B индукции геомагнитного поля. Во время движения спутника по кеплеровой орбите вокруг Земли вектор индукции медленно поворачивается, совершая движение, близкое периодическому с удвоенной орбитальной частотой. Скорость его изменение в связанной со спутником системе координат определяется через два последовательных измерения бортового магнитометра методом конечных разностей. Используется B-dot алгоритм для формирования магнитного дипольного момента спутника с помощью токовых катушек для успокоения спутника относительно вращающегося вектора индукции. После выполнения этого маневра спутник в своем угловом движении будет отслеживать вектор B. Достигнутое медленное вращение вместе с вектором B способствует повышению качества связи с Землей в отличие от быстрого начального вращения. Фаза наблюдения используется для измерений вариации различных данных после фазы стабилизации. В рамках фазы наблюдения будет исследоваться режим магнитной ориентации на относительно длительном интервале времени. Внешние поля будут индуцировать возмущающие момент и без управления спутник может вновь начать вращаться. Другим интересным объектом исследования является температура внутри корпуса спутника. Благодаря орбите с затененными Землей участками спутник будет находиться как под прямыми солнечными лучами, так и в тени планеты. Это будет влиять на температурный режим внутри спутника и его отдельных компонент. Измерения температуры в течение нескольких витков будут использованы для верификации тепловой модели спутника. Фаза экспериментов с магнитной системой ориентации предполагается как опционная для проверки альтернативных способов магнитной ориентации. Например, можно испытать возможность поворота спутника относительно вектора B на 90_. Для этого будут использованы другие алгоритмы, отличные от упомянутого выше алгоритма B-dot. Возможность реализации таких маневров будет зависеть этот имеющихся энергетических возможностей спутника после выполнения фазы успокоения.