AOCS

Pod akronimem AOCS kryje się pełna nazwa systemu – Attitude and Orbit Control System. Taki system potrzebny jest do wykonywania manewrów na orbicie. Jest on rozszerzeniem częściej spotykanego systemu ADCS (Attitude Determination and Control System), którego zadanie polega na określaniu i regulacji orientacji (położenia kątowego) satelity.

Określenie (determinacja) orientacji satelity przebiega poprzez użycie odpowiednich sensorów takich jak np: star trackery, horizon sensory, sun sensory, magnetometry, żyroskopy. W przypadku AOCS PW-Sat3 wykorzystane zostaną sun sensory i magnetometry a także żyroskopy w roli pomocniczej. Nasze algorytmy przeprowadzają ocenę poprawności oraz fuzję zmierzonych danych tak, aby określić stan satelity (jego orientację i prędkość kątową).

Położenie kół reakcyjnych w modelu PW-Sat3

Na podstawie uzyskanych informacji odpowiednie, przygotowane przez nas, algorytmy wyznaczają sygnały sterujące. Elementami wykonawczymi (aktuatorami) są, w przypadku AOCS PW-Sat3, koła reakcyjne oraz cewki magnetyczne. Ich zasada działania jest dość prosta. Koła reakcyjne działają na zasadzie zachowania momentu pędu. Pozwala to nadać strukturze satelity prędkość kątową poprzez zwiększenie prędkości kątowej koła/kół reakcyjnych. Koła reakcyjne są w stanie obracać satelitę wokół jego środka ciężkości, ale nie są zdolne do przenoszenia sił. Tak więc, jeśli chcemy zmienić orbitę satelity, musimy zastosować napęd.

Przy regulacji należy wziąć pod uwagę efekty żyroskopowe nad czym czuwają wspomniane wcześniej algorytmy. Efekt żyroskopowy związany jest z obrotem kół reakcyjnych względem struktury satelity. Powoduje on, że zmiana prędkości kątowej koła nie oddziaływuje na strukturę bezpośrednio. Działa na nią wypadkowy moment siły koła reakcyjnego, którego prędkość kątową zmieniamy oraz moment siły wynikający z obrotu osi pozostałych kół reakcyjnych.

Animacja obrazująca działanie kół reakcyjnych

Niestety zasada zachowania momentu pędu posiada wadę, która wymusza użycie innego alternatywnego źródła momentu pędu. W tym celu używamy cewek magnetycznych. Pozwalają one oddziaływać z polem magnetycznym Ziemi. Nie są one jednak wystarczającym rozwiązaniem w przypadku PW-Sat3, stąd konieczność użycia kół reakcyjnych, które pozwalają sterować satelitą w 3 osiach.

System AOCS jest rzeczą nową dla projektu PW-Sat, nasi poprzednicy wykorzystywali bardzo uproszczone systemy oparte jedynie o cewki magnetyczne oraz magnetometry umieszczone na gotowej płytce. Ze względu na główny cel misji (demonstracja technologii napędu satelitarnego) zaszła konieczność użycia systemu kontroli orientacji o znacznie większych możliwościach. Podjęliśmy śmiałą decyzję o wykonaniu takiego podsystemu samodzielnie w oparciu o gotowe sensory i aktuatory. Naszymi autorskimi rozwiązaniami są algorytmy nawigacji, wykrywania i korekcji błędów oraz sterowania, a także środowiska symulacyjne niskiej orbity okołoziemskiej. Tworzymy również oprogramowanie lotne systemu sterowania, a w przyszłości będziemy integrować system w clean roomie.