衛星に搭載された振動エミッションの排除

宇宙技術の分野では、Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique（CSEM）は、長年にわたって欧州宇宙機関（ESA）のパートナーです。彼らの共同研究の焦点の1つは、衛星に搭載されたコンポーネントから発生する振動放射を排除することです。衛星の姿勢制御の精度を制限することに加えて、これらの微振動はエネルギー消費量の増加につながり、（イメージングミッションの場合）画質の低下を引き起こします。

ソースまたはペイロードのいずれかで不要な振動に対抗するためのさまざまな方法があります。さまざまなアプローチの調査の一環として、CSEMは現在、数値モデル、アクティブ-パッシブ緩和、およびアルゴリズムベースのノッチングに焦点を当てたいくつかのプロジェクトを持っています。これらのプロジェクトの1つで、CSEMとそのパートナーは、磁気浮上に基づく革新的な技術を使用しています。

「キスラー測定技術の支援を受けて、磁気ベアリングを備えたリアクションホイールのプロトタイプを検討しました」と、CSEMの微振動施設を率いるレオポルドロッシーニは述べています。 「スイスの会社であるCelerotonのこの技術は、摩擦がない、実質的に無限の寿命、制御によって不要な振動を積極的に抑制する可能性、高速でより高い性能を達成する機会など、多くの利点を提供します」とロッシーニ氏は付け加えました。 P>

CSEMのエンジニアは、キスラーの測定チェーンを使用して、リアクションホイールのプロトタイプの振動を調べます。カスタムダイナモメーターは、2枚の鋼板の間に挟まれた4つの3成分力センサーで構成されています。これは、最大の機械的剛性を実現する設計です。この測定器は、環境の影響を可能な限り排除するために、4つの空気圧アイソレータの上に吊るされた花崗岩のブロックに取り付けられています。

微振動はミリニュートンの範囲で発生するため、ノイズが非常に少ない高感度の測定チェーンが必要です。ステッピングモーターやクライオクーラーなどのアクチュエーターを計装テーブルに配置して、目的の測定を実行できます。

磁気浮上式リアクションホイールのプロトタイプでは、–20,000〜20,000rpmの速度範囲がカバーされました。これにより、動作中に発生する主な振動を抑制することができる多重高調波力除去アルゴリズムの有効性の完全な特性評価が可能になりました。 CSEMのR＆DエンジニアであるGuzmánBorqueGallego氏は、「磁気浮上による物理的な接触の欠如は、いくつかの非常に興味深い機会を開きます」と述べています。 「振動が最小限に抑えられるようにローターをほぼ自由に配置できます。たとえば、ローターを主慣性軸を中心に回転させて、ローターの不均衡に関連する振動を抑制します。これにより、これらの排出量がほぼ減少します。ゼロ」と彼は言った。

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「キスラーの機器は理想的であり、非常に高品質の結果が得られました」とBorqueGallego氏は述べています。 「ミリニュートンの範囲でかなり小さな力を測定していますが、マイクロニュートンでも違いが見られます。これにより、すべての測定値を快適に判断できるようになり、プロセスで高品質のデータが得られます。」

データ取得は20kHzのラピッドプロトタイピングシステムによって処理され、正確な測定のおかげで、制御アルゴリズムの効果を明確に特定できます。

研究者たちは当初、デジタル出力を備えた最新のLabAmp 5167Aを使用することを意図していましたが、最終的にはKistlerの5080Aチャージアンプを選択しました。これにより、さらに正確な測定が可能になり、アナログ信号伝送によりリアルタイム機能が向上します。

「ESAとドイツのパートナーも資格取得の目的で使用しているため、ここに新しいキスラーテクノロジーがあることを嬉しく思います」とロッシーニ氏は付け加えました。 「この機器は非常に堅牢で、与えられた制約を超えてストレスがかかっても故障しませんでした。その能力が証明されたので、振動特性評価の分野での将来のプロジェクトに間違いなく使用します。ここでは、すでにキスラーの加速度計を操作しています。」

「磁気軸受リアクションホイールの利点は明らかです。従来のホイールよりもはるかに低い振動を生成し、より速く回転することができます。つまり、パフォーマンスが向上し、サイズと重量が削減されます。また、摩擦がないため、摩耗がなく、ホイールの寿命は事実上無制限です」とBorqueGallego氏は述べています。 「これは魅力的なプロジェクトです。次のステップに進むことを望んでいます。実際の使用、テスト、さらにはパートナーとの検証です。」

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