22. Juni 2021

Stabilere Fluglage für Weltraumkomponenten

Bei seinen Forschungen zur Nutzung von Magnetlagern für die Lageregelung von Satelliten hat das CSEM eine neuartige Messanlage für Mikrovibrationen entwickelt, welche in der Lage ist die in Raumfahrtgeräten erzeugten Vibrationen genau zu beschreiben. Eine vibrationsarme Umgebung ist für empfindliche Raumfahrtkomponenten von entscheidender Bedeutung. Im Laufe der Zeit können bereits niedrige Vibrationspegel hochpräzise optische Raumfahrtinstrumente beeinflussen und so deren Leistung beeinträchtigen.

Satellite

Mit einem eigens entwickelten Dynamometer basierend auf piezoelektrischen Kraftsensoren von Kistler, gelang es den CSEM-Ingenieurinnen und ¿Ingenieuren, Mikrovibrationen, die von einem neuartigen magnetgelagerten Reaktionsrad erzeugt wurden, präzise zu erfassen. Anhand der genauen Mikrovibrationsmessungen konnten sie dann die Wirksamkeit eines Regelalgorithmus beschreiben, der Synchronschwingungen über den gesamten Drehzahlbereich aktiv unterdrückt (Ref. 1) und damit dank Störungsreduzierung und geringerem Energieverbrauch höhere Drehzahlen ermöglicht.

Fortschritte bei der Entwicklung innovativer Raumfahrttechnologien

Das CSEM ist seit vielen Jahren Partner der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Ein Teil ihrer gemeinsamen Forschung konzentriert sich auf die Eliminierung von Vibrationen, die von den sich an Bord der Satelliten befindenden Komponenten ausgehen. Mikrovibrationen können eine ganze Reihe von Problemen verursachen und beispielsweise zu einem höheren Energieverbrauch oder im Falle von Bilderfassungen zu einer verminderten Bildqualität führen sowie auch die Lageregelungsperformance des Satelliten einschränken.

«Um eine Vorstellung von der Grössenordnung zu geben: Unter Mikrovibrationen verstehen wir Schwingungen im Millinewton-Bereich. Es war also entscheidend, dass wir über eine hochempfindliche Messkette mit sehr geringem Rauschen verfügen. Die Sensoren und der Ladungsverstärker von Kistler waren perfekt geeignet für diese Aufgabe und lieferten uns eben die hochwertigen Ergebnisse, die wir benötigen», bemerkt Guzmán Borque Gallego vom CSEM. «Die Art und Weise, wie die Technologie von Kistler mit Bedingungen zurechtkam, die jenseits ihrer vorgegebenen Grenzen lagen, hat uns wirklich beeindruckt, sie ist unglaublich robust», ergänzt Leopoldo Rossini, der frühere Leiter der Messstelle für Mikrovibrationen am CSEM.

Mithilfe von Messtechnik von Kistler konnten die CSEM-Ingenieurinnen und -Ingenieure den Prototyp eines magnetisch gelagerten Reaktionsrads der Schweizer Firma Celeroton eingehend untersuchen. Deren hochmoderne Radtechnologie ist reibungsfrei, was bedeutet, dass sie eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer hat. Sie kann unerwünschte Vibrationen auch aktiv unterdrücken, sodass höhere Leistungen bei höheren Geschwindigkeiten erreicht werden können. Zudem ist sie äusserst kompakt und leicht. Man hofft, diese Art von Radlagerung in Zukunft in Satelliten einsetzen zu können, um deren Lageregelung zusätzlich zu stabilisieren.

Weitere Informationen zum CSEM und zu Kistler >>

Ref. 1: Novel Generalised Notch Filter for Harmonic Vibration Suppression in Magnetic Bearing Systems, https://ieeexplore.ieee.org/document/9364732