Detumbler Airbusa ? pasywny magnetyczny system detumblingu satelitów
Co roku setki satelitów kończą swoją żywotność; większość z nich jest deorbitowana, ale niektóre ulegają nagłej awarii. Nawet jeśli zostaną prawidłowo wycofane z użytkowania, niektóre martwe satelity mogą same zaczynać się kołysać, na skutek nagromadzenia drobnych zaburzeń, takich jak ciśnienie promieniowania słonecznego, do tego stopnia, że stają się trudne do przejęcia przez aktywne misje usuwania odpadów kosmicznych.
Ponad 36 500 śledzonych obiektów będących odpadami kosmicznymi na orbicie sprawia, że ryzyko kaskadowych kolizji jest realne. ESA ostrzega, że bez rozwiązań ADR (Active Debris Removal, aktywne usuwanie odpadów kosmicznych) niektóre orbity w LEO mogą stać się nieużyteczne. Zapewnienie, że wszystkie martwe satelity będą prawidłowo wyprowadzone z ruchów obrotowych (detumbling) byłoby kluczowym elementem umożliwiającym ekonomicznie opłacalne ADR.
Opracowany przez Airbus R&D, Detumbler jest pasywnym magnetycznym urządzeniem tłumiącym, które stabilizuje kołyszące się satelity zanim staną się niekontrolowane. Działając jak hamulec indukcyjny, rozprasza energię kinetyczną poprzez pole magnetyczne Ziemi, zatrzymując kołysanie w ciągu kilku miesięcy. Po raz pierwszy operatorzy mają niezawodne, niskokosztowe, całkowicie pasywne rozwiązanie do zapobiegania kołysaniu po zakończeniu misji.
Bez zasilania, a co za tym idzie bez napędów, jedynym zjawiskiem które może ograniczać tempo kołysania w martwych statkach kosmicznych są naturalne prądy wirowe wytwarzane przez pole magnetyczne Ziemi w obracającej się metalowej strukturze satelity. Zwarcie magnetorquerów na końcu życia mogłoby wzmocnić ten naturalny efekt. Niestety, wynikający moment oporu jest proporcjonalny do kwadratu pola magnetycznego (indukowany moment dipolowy M jest proporcjonalny do B, a wynikowy moment magnetyczny to M×B), co czyni takie efekty niezwykle słabymi, zbyt słabymi, by zapobiec spontanicznemu kołysaniu w przypadku jakiejkolwiek asymetrii zewnętrznych zaburzeń. Jako przykład, w 2017 roku, 12 lat po wycofaniu z eksploatacji, Topex-Poseidon osiągnął tempo obrotu 34 stopnie na sekundę (40 000 Nms skumulowanego pędu).
Pomimo bardzo skromnej masy i objętości, Detumbler może osiągać wydajności wielokrotnie wyższe, dzięki zastosowaniu magnetycznych permanentów, tak aby moment hamujący był proporcjonalny do B, a nie do B?.
Program Bezpieczeństwa Kosmicznego ESA wymaga możliwości detumblingu dla misji LEO powyżej 500 kg (1100 funtów), dążąc do rezultatów detumblingu od 3°/s do 0,75°/s w mniej niż rok. Detumbler Airbusa to wiodące rozwiązanie spełniające wymagania ESA i umożliwiające tym samym aktywne usuwanie odpadów (ADR).
Magnetyzowany rotor wewnątrz Detumblera ma tendencję do pozostawiania się w wyrównaniu z polem magnetycznym Ziemi. Gdy satelita kołysze się, przewodowa obudowa Detumblera obraca się wokół magnetyzowanego rotora, powodując hamowanie magnetyczne poprzez prądy wirowe. To powoli, lecz systematycznie rozprasza energię kinetyczną satelity, redukując pęd kątowy wykładniczo, ostatecznie osiągając detumbled stan o bardzo niskich opóźnieniach. To osiągnięto bez potrzeby jakiejkolwiek energii elektrycznej ani mocy obliczeniowej, w przeciwieństwie do wszystkich innych aktuatorów sterowania orientacją.
Detumbler może wtedy wyeliminować lub zapobiec kołysaniu we wszystkich sytuacjach, które mogłyby je wywołać:
Ważący około 200 g (0,440 funtów), ten aparat o rozmiarze mieszczącym się w dłoni może być zintegrowany praktycznie wszędzie (tylko nie zbyt blisko magnetometru) w istniejących projektach platform, z niewielkimi lub żadnymi modyfikacjami, co czyni go łatwą decyzją dla przyszłych misji kosmicznych LEO.
Detumbler nie jest już w fazie B+R, ma TRL 8 i jest już dostępny komercyjnie w portfolio produktów Airbus Space Electronics.
Główne zalety:? 100% pasywny: Brak ingerencji zasilania ani napędów orientacyjnych; działa nawet po zakończeniu misji? Kompatybilny z szerokim zakresem rozmiarów platform (od ~150 kg (~330 funtów) do ~1,5 tony (~3300 funtów))? Detumbling w ciągu tygodni dla mniejszych platform, w ciągu roku dla górnego zakresu rozmiarów? Zapobiega kołysaniu nawet przy średnich zewnętrznych zaburzeniach do 5 ?Nm? Przetestowano pod kątem drgań podczas startu i warunków orbitalnych? Konkurencyjna propozycja wartości
Detumbler ma potencjał do szerokiego przyjęcia na dużą skalę. MDA Space wybrało Detumbler do swojego pierwszego zamówienia na konstelację satelitarną MDA AURORA LEO, z zamiarem realnego zapewnienia bezpieczniejszego, zrównoważonego korzystania z Space. Kiedy konstelacja wystartuje, będzie to pierwsza komercyjna duża integracja pasywnego detumblingu na orbicie.
Detumbler to nie tylko produkt; to kamień węgielny wizji zrównoważonej przestrzeni kosmicznej Airbusa. Dzięki umożliwieniu aktywnego usuwania odpadów kosmicznych wspiera cele Zero Debris ESA oraz regulacje Unii Europejskiej dotyczące zarządzania ruchem w przestrzeni kosmicznej, zapewniając długoterminową żywotność możliwości orbitalnych.
Dla Airbusa Detumbler dowodzi, że nawet najbardziej złożone wyzwania kosmiczne można rozwiązać dzięki innowacyjności i odpowiedzialności. W miarę rosnącej mega-konstelacji technologie takie jak Detumbler będą niezbędne do zachowania użyteczności wspólnego środowiska na niskiej orbicie okołoziemskiej.
Problem kołyszących się satelitów utrzymuje się od dekad, ale Detumbler, mandaty ESA i odnowiona pilnność na rzecz zrównoważonego rozwoju teraz wymagają od przemysłu jego rozwiązania. Stabilizując niekontrolowane satelity, Detumbler redukuje ryzyka ADR, koszty i złożoność, czyniąc usuwanie możliwym na dużą skalę.
Dla operatorów przekaz jest jasny: integracja Detumblera to nie tylko zgodność z przepisami, to imperatyw biznesowy. Dla branży to krok w stronę stabilnej i dostępnej orbity.
Detumbler stanowi przykład rozwoju technologii detumblingu i może być uwzględniany w przyszłych programach kosmicznych.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł!
