DE2537577A1

DE2537577A1 - Position regulation of geosynchronous or geostationary satellites - using two or more mirrors exposed to sun radiation for independence from propellant supply carried

Info

Publication number: DE2537577A1
Application number: DE19752537577
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Truemper
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-08-22
Filing date: 1975-08-22
Publication date: 1977-03-03

Abstract

Position regulation of geosynchronous or geostationary satellites independent of propellant supply carried uses two or more mirrors. The mirrors are exposed to the radiation of the sun in order to use the solar pressure. They are arranged at a distance from the centre of gravity of the satellite. The mirrors (6) have the same mirror surfaces, and are equidistant from the centre of gravity of the satellite. The mirrors are effective in exercising a torque on the satellite. If the mirrors are in the same plane as the two solar cell arms, the torque will not be exercised by the mirrors.

Description

Lageregelung für Satelliten Die Erfindung betrifft eine Lageregelung für Satelliten, und insbesondere eine Lageregelung für geosynchrone oder geostationäre Satelliten. Position control for satellites The invention relates to a position control for satellites, and especially a position control for geosynchronous or geostationary Satellites.

Die wesentlichste Begrenzung der Lebensdauer von Satelliten auf erdfernen Bahnen besteht zur Zeit darin, daß der Treibstoffvorrat für die Lageregelschubdüsen nur begrenzt ist. Dies führt dazu, daß nach einer gewissen Zeit die Lage der Satelliten nicht mehr regelbar ist, wodurch die meisten Satelliten für ihren gedachten Zweck unbrauchbar werden.The most essential limitation of the lifespan of satellites at a distance from the earth Railways is currently the fact that the Fuel supply for the Position control thrusters is only limited. This leads to that after a certain time the position of the satellites is no longer controllable, which makes most satellites become unusable for their intended purpose.

-Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine von einem mitgeführten Treibstoffvorrat unabhängige Regelungsmöglichkeit für die Lageregelung eines Satelliten vorzusehen.-The present invention is therefore based on the object of a Independent regulation option for the Provide attitude control of a satellite.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch wenigstens zwei im Abstand von dem Schwerpunkt des Satelliten zur Ausnutzung des Solardruckes der Sonneneinstrahlung aussetzbare Spiegel.This object is achieved according to the invention by at least two im Distance from the center of gravity of the satellite for utilizing the solar pressure of the solar radiation removable mirrors.

Eine solche Regelungsmöglichkeit ist verblüffend einfach. Such a control option is amazingly simple.

Die Anordnung selbst benötigt nur ein geringes Gewicht, was gerade für den Start eines durch eine Rakete in eine Umlaufbahn um die Erde oder ins Weltall beförderten Satelliten äußerst wichtig ist. Die Einrichtung ermöglicht weiterhin eine theoretisch unbegrenzte Lebensdauer, da die Lage der Spiegel etwa durch elektrische Steuerungen eingestellt werden kann, die hinwiederum durch Solarzellen gespeist werden können, die abgesehen von einer gewissen Degradation praktisch eine ungegrenzte Lebensdauer besitzen.The arrangement itself only requires a low weight, which is straight for launching one by a rocket into orbit around the earth or into space transported satellites is extremely important. The facility continues to allow a theoretically unlimited lifespan, since the position of the mirrors is caused by electrical Controls can be set, which in turn are powered by solar cells that apart from a certain degradation practically unlimited Own lifetime.

An sich können Spiegel beliebiger Form und GröBe und in einem beliebigen Abstand von dem Schwerpunkt des Satelliten verwandt werden. Die Spiegel können dabei entweder dauernd ausgefahren sein und jeweils lediglich nach Bedarf in eine vorbestimmte Stellung in Bezug auf den-Schwerpunkt des Satelliten gebracht werden, es können jedoch aber auch Spiegel vorgesehen werden, die normalerweise nicht der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind und lediglich bei Bedarf aus dem Körper des Satelliten heraus ausgefahren werden können, so daß sie überhaupt wirksam werden können.In itself, mirrors can be of any shape and size and in any Distance from the center of gravity of the satellite must be used. The mirrors can do it either be extended continuously and only in a predetermined one as required Position in relation to the center of gravity of the satellite, it can However But mirrors are also provided that are normally not exposed to sunlight are exposed and only extended out of the body of the satellite when necessary can become so that they can be effective at all.

Sollen die Spiegel zur Erzeugung eines Drehmomentes verwandt werden, so werden vorzugsweise Spiegel mit gleicher Spigelfläche verwandt, die im gleichen Abstand vom Schwerpunkt des Satelliten an diesem angreifen.If the mirrors are to be used to generate a torque, mirrors with the same mirror surface are preferably used, those in the same Attack at a distance from the center of gravity of the satellite.

Zur Lageregelung des Satelliten können zur Erzeugung eines Drehmoment es um eine der drei zueinander senkrechten Achsen I, Y und Z jeweils ein Paar von Spiegeln, also insgesamt drei Paare vorgesehen werden. Es können aber auch weniger Paare von Spiegeln vorgesehen werden, wenn ein Paar mehrere oder alle Funktionen der übrigen Spiegelpaare allein ausüben kann. Wird lediglich ein Paar Spiegel vorgesehen, so wird zweckmäßigerweise eine derartige Anbringung und Steuerung der Spiegel vorgesehen, daß diese an aufeinander gegenurliegenden Seiten des Schwerpunktes des Satelliten und auf einer durch den Schwerpunkt des Satelliten gehenden Achse derart gehaltert sind, daß sie um drei aufeinander senkrechtstehenden Achsen, die vorzugsweise parallel zu den Achsen verlaufen, um die der Satellit gedreht werden soll, drehbar sind.To regulate the position of the satellite, it is possible to generate a torque there is a pair of around one of the three mutually perpendicular axes I, Y and Z. Mirror, so a total of three pairs are provided. But it can also do less Pairs of mirrors are provided when a pair has multiple or all functions the other pairs of mirrors can exercise alone. If only a pair of mirrors is provided, such an attachment and control of the mirrors is expediently provided, that these are on opposite sides of the center of gravity of the satellite and so supported on an axis passing through the center of gravity of the satellite are that they are about three mutually perpendicular axes, which are preferably parallel extend to the axes about which the satellite is to be rotated, are rotatable.

Vorzugsweise werden die Spiegel an den Enden von Solarzellenauslegemangeordnet* so daß nur sehr kurze Energiezuführungsleitungen von den Solarzellenauslegern notwendig sind. Darüberhinaus ergibt eine derartige Anordnung den Vorteil, daß die Spiegel auf diese Weise jeweils möglichst an den von dem Schwerpunkt des Satelliten am weitesten entfernten Punkten angebracht werden, wodurch selbst bei geringer Spiegelfläche ein möglichst großes Drehmoment durch einen möglichst großen Momentenarm erzeugt wird.Preferably, the mirrors are placed at the ends of solar panels * so that only very short energy supply lines from the solar cell boom are necessary are. In addition, such an arrangement has the advantage that the mirrors in this way in each case as far as possible to the farthest from the center of gravity of the satellite distant Points can be attached, which means even at low Mirror surface the greatest possible torque through the largest possible torque arm is produced.

Darüberhinaus gibt eine derartige Anordnung der Spiegel an den Solarzellenauslegern die Möglichkeit, daß die Spiegel zusammen mit den Solarzellenauslegern für den Raketenstart raumsparend zu einem Paket mit geringem Volumen zusammenfaltbar sind.In addition, there is such an arrangement of the mirrors on the solar cell arms the possibility that the mirrors together with the solar cell booms for the rocket launch Can be folded together to save space into a package with a small volume.

Im folgenden soll die Erfindung näher anhand der Zeichnung erläutert werden, in der einige vorzugsweise Ausführungsbeispiele für eine Lageregelung um drei verschiedene Achsen des Satelliten mit nur zwei Spiegeln dargestellt sind.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawing in which some preferred exemplary embodiments for a position control around three different axes of the satellite are shown with only two mirrors.

In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Satelliten mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Lageregelungsanordnung mit zwei Spiegeln, wobei sich die Spiegel in einer Stellung zur Erzeugung eines Drehmomentes um die x-Achse befinden; Fig. 2 eine ähnliche Anordnung wie in Fig. 1, bei der sich die Spiegel in einer Stellung zur Erzeugung eines Drehmomentes um die Y-Achse befinden; Fig. 3 eine Darstellung der Anordnung der Fig. 2, wenn die Solarzellenausleger, an denen die Spiegel befestigt sind, der Sonne nacführt werden; Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung ähnlich der in den vorhergehenden Figuren dargestellten Anordnung mit zwei Spiegeln, wobei die Spiegel in einer Stellung zur Erzeugung eines Drehmomentes um die z-Achse dargestellt sind; Fig. 5 zeigt die in Fig. 4 dargestellte Anordnung und die Stellung der Spiegel zur Erzeugung eines Drehmomentes um die z-Achse, wenn die Solarzellenausleger, an denen die Spiegel gehaltert sind, der Sonne nachgeführt werden, und Fig. 6 eine schematische Darstellung der Bewegungsmöglichkeit der in den vorhergehenden Figuren dargestellten Spiegel.The drawings show: FIG. 1 a schematic view of a satellite with a position control arrangement designed according to the invention with two mirrors, wherein the mirror is in a position to generate a torque around the x-axis are located; Fig. 2 shows a similar arrangement as in Fig. 1, in which the Mirrors are in a position to generate torque about the Y-axis; FIG. 3 shows the arrangement of FIG. 2 when the solar cell boom, to which the mirrors are attached, are led to the sun; Fig. Figure 4 is a schematic representation of an arrangement similar to that in the preceding Figures shown arrangement with two mirrors, the mirror in one position for generating a torque about the z-axis are shown; Fig. 5 shows the In Fig. 4 shown arrangement and the position of the mirror for generating a Torque around the z-axis when the solar cell boom on which the mirror are held, the sun are tracked, and Fig. 6 is a schematic representation the possibility of movement of the mirrors shown in the previous figures.

In Fig. 1 ist schematisch ein allgemein mit 1 bezeichneter Satellit dargestellt, der einen allgemein mit 2 und schematisch lediglich als Kubus dargestellten Körper aufweist.In Fig. 1 is a generally designated 1 satellite is schematically shown, the one shown generally with 2 and schematically only as a cube Body.

Zur weiteren Erläuterung ist ein satellitenfestes Koordinatensystem mit den Achsen x-, y- und z- eingezeichnet.A satellite-fixed coordinate system is provided for further explanation with the axes x-, y- and z- drawn in.

Der Nullpunkt dieses Koordinatensystems soll im Schwerpunkt des Satelliten liegen. Der in Fig. 1 dargestellte Satellit weist zwei auveinander gegenüberliegenden Seiten des Satellitenkörper 2 und auf der y-Achse liegende Solarzellenausleger 3 und 4 auf. Diese Solarzellenausleger sind vorzugsweise zum Start der Rakete, mit dem der Satellit in eine Erdumlaufbahn oder ins Weltall geschossen wird, zu einem engen Paket zusammengefaltet und werden erst außerhalb der Atmosphäre entfaltet. Die Solarzellenausleger 3 und 4 bestehen in bekannter Weise aus einer Vielzahl von Photoelementen, die die für den Betrieb des Satelliten notwendige elektrische Energie erzeugen. Die Solarzellen haben theoretisch eine unbegrenzte Lebensdauer. An den in Bezug auf den Satellitenkörper 2 außenliegenden Enden der Solarzellenausleger 3 und 4 sind jeweils Spiegel 5 und 6 vorgesehen, die in dem vorliegenden iusführungsbeispiel jeweils gleiche Spiegelflächen aufweisen und im selben Abstand von dem Schwerpunkt des Satelliten angeordnet sind. Natürlich könnten auch Spiegel mit ungleichen Spiegelflächen verwandt werden, wenn der Abstand der jeweiligen Spiegel vom Schwerpunkt des Satelliten sodann so gewählt würde, daß, wenn die Spiegel in derselben Ebene liegen, kein Drehmoment auf den Satelliten ausgeübt wird.The zero point of this coordinate system should be in the center of gravity of the satellite lie. The satellite shown in Fig. 1 has two mutually opposite Sides of the satellite body 2 and solar cell boom 3 lying on the y-axis and 4 on. These solar booms are preferably used to launch the rocket which the satellite is launched into orbit or into space, to one tight package folded up and be only outside of the atmosphere unfolds. The solar cell boom 3 and 4 consist of a known manner Large number of photo elements that provide the electrical necessary for the operation of the satellite Generate energy. Theoretically, the solar cells have an unlimited lifespan. At the ends of the solar cell boom that are on the outside with respect to the satellite body 2 3 and 4 mirrors 5 and 6 are provided, respectively, which in the present exemplary embodiment each have the same mirror surfaces and at the same distance from the center of gravity of the satellite are arranged. Of course, mirrors with unequal mirror surfaces could also be used used when the distance of the respective mirror from the center of gravity of the satellite would then be chosen so that when the mirrors are in the same plane there is no torque exerted on the satellite.

In der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind die Spiegel 5 und 6 jeweils um dieselbe Achse, nämlich die y-Achse, drehbar einstellbar angeordnet. Liegen die Spiegel, was nicht dargestellt ist, in derselben Ebene und z.B. in der Fig. 1 in der Ebene, in der die beiden Solarzellenausleger 3 und 4 liegen, (die normalerweise in einer Ebene senkrecht zur Sonneneinstrahlung liegen), so wird durch die Spiegel kein Drehmoment ausgeübt, weil sich die durch die Spiegel erzeugten Drehmomente gegenseitig aufheben. Werden die Spiegel jedoch, wie es in Fig.In the embodiment shown in FIG. 1, the mirrors are 5 and 6 each arranged rotatably adjustable about the same axis, namely the y-axis. Are the mirrors, which is not shown, in the same plane and e.g. in the Fig. 1 in the plane in which the two solar cell arms 3 and 4 lie (the usually lie in a plane perpendicular to the solar radiation), so is by the mirrors exerted no torque because that generated by the mirrors The torques cancel each other out. However, if the mirrors, as shown in Fig.

1 dargestellt ist, ausgehend von einer Lage, in der die Spiegel in derselben Ebene liegen, in zueinander entgegengesetzten Drehrichtungen aus dieser gemeinsamen Ebene herausgedreht, so erreichen die Spiegel etwa eine Stellung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Bei einer Sonneneinstrahlung auf die Spiegel 5 und 6 wurden diese nunmehr in dieser Stellung entsprechend einem Windrad derart wirksam, daß der gesamte Satellit aufgrund der durch die Spiegel ausgeübten Drehmomente um die x-Achse gedreht wird.1 is shown, starting from a position in which the mirrors in lie in the same plane, in mutually opposite directions of rotation from this turned out to the common plane, the mirrors reach a position like it is shown in FIG. 1. When the sun shines on the mirrors 5 and 6 these were now so effective in this position like a wind turbine, that the entire satellite changes due to the torques exerted by the mirrors the x-axis is rotated.

Die Drehstellung der Spiegel 5 und 6 hängt von der Richtung ab, in die der Satellit gedreht werden soll. Sind die Spiegel 5 und 6 an Solarzellenauslegern 3 und 4 befestigt, die automatisch derart der Sonne nachgeführt werden, daß sich die Ebene dieser Solarzellenausleger immer senkrecht zur Sonnenstrahlung einstellt, so werden die Spiegel 5 und 6 zweckmäßigerweise bei dem in Fig. 1 dargestellten Spezialfall der Sonneneinstrahlung senkrecht auf die y-z-Ebene in eine Drehstellung gedreht, bei der die Spiegel jeweils eine in zueinader entgegengesetzten Drehrichtungen gedrehte Winkelstellung von 450 in Bezug auf die Ebene der Solarzellenausleger einnehmen.The rotational position of the mirrors 5 and 6 depends on the direction into which the satellite is to be rotated. Are the mirrors 5 and 6 on solar cell brackets 3 and 4 attached, which are automatically tracked in such a way the sun that always sets the plane of this solar cell arm perpendicular to the solar radiation, so the mirrors 5 and 6 are expediently shown in FIG Special case of solar radiation perpendicular to the y-z plane in a rotary position rotated, in which the mirror each one in opposite directions of rotation Take a rotated angular position of 450 in relation to the plane of the solar cell boom.

Für den allgemeinen Fall, daß die Ebene der Solarzellenausleger nicht parallel zur y-z-Ebene ist, muß für den Fall eines Winkels 0Li 445° zwischen der y-z-Ebene und der Ebene der Solarzellenausleger beachtet werden, daß sich das dann zusätzlich um die z-Achse ergebende Drehmoment dadurch beseitigt werden kann, daß man den Spiegel, der das höhere Drehmoment um die z-Achse erzeugt, zusätzlich noch um eine Achse 11' (Fig. 6) neigt, so daß er der Sonneneinstrahlung entsprechend entzogen wird. Für Winkel 45O I 90° wird dann analog zur Darstellung in Fig. 5 der eine Spiegel in eine zur x-Achse parallele Ebene gedreht und der andere Spiegel durch 90° Drehung um eine Achse 11' der Sonnenstrahlung entzogen.For the general case that the plane of the solar cell cantilever is not is parallel to the y-z plane, in the case of an angle 0Li 445 ° between the y-z-plane and the plane of the solar cell cantilever are observed that this is then additional torque resulting about the z-axis can be eliminated in that the mirror, which generates the higher torque around the z-axis, is also added about an axis 11 '(Fig. 6) inclines so that it corresponds to the solar radiation is withdrawn. For angle 45O I 90 °, analogously to the illustration in FIG. 5, the one mirror rotated in a plane parallel to the x-axis and the other mirror withdrawn from solar radiation by rotating 90 ° around an axis 11 '.

In den Fig. 2 und 3 ist derselbe Satellit wie in Fig. 1 dargestellt, weshalb dieselben Bezugszeichen verwandt sind.In Figs. 2 and 3 the same satellite is shown as in Fig. 1, therefore the same reference numbers are related.

In Fig. 2 ist die Stellung der Spiegel 5 und 6 dargestellt, in der durch die Spiegel ein solches Drehmoment erzeugt wird, daß eine Drehung des Satelliten um die y-Achse bewirkt wird. Denkt man sich in Fig. 1 die Spiegel zunächst wieder in die Ebene der Solarzellenausleger 3 und 4 zurückgedreht, die als die Ebene angesehen wird, die durch die y- und z-Achse aufgespannt wird, so wird die in Fig. 2 gezeigte Stellung der Spiegel 5 und 6 dadurch erreicht, daß die Spiegel jeweils um zu der x-Achse parallele Achsen verschwenkt werden, die durch die y-Achsen verlaufen.In Fig. 2 the position of the mirror 5 and 6 is shown in which such a torque is generated by the mirrors that a rotation of the satellite is effected around the y-axis. If you think of the mirrors in Fig. 1 again rotated back into the plane of the solar cell arms 3 and 4, which is regarded as the plane which is spanned by the y- and z-axes, then that shown in FIG Position of the mirror 5 and 6 achieved in that the mirror each to the x-axis parallel axes be pivoted by the y-axes get lost.

Die Verschwenkung der Spiegel 5 und 6 erfolgt dabei in der durch die y- und z-Achse aufgespannten Ebene, was noch im einzelnen näher anhand der Fig. 6 erläutert werden soll.The pivoting of the mirrors 5 and 6 takes place in the through y- and z-axis spanned plane, which is more detailed with reference to Fig. 6 should be explained.

In der in Fig. 2 gezeigten Stellung der Spiegel 5 und 6 liegen diese nunmehr beide unsymmetrisch in Bezug auf die y-Achse und jeweils in Richtung der negativen z-Achse verschwenkt. Da die beiden Spiegelflächen 5 und 6 gleiche Flache aufweisen sollen und da die Spiegel sich auch lii selben y-Abstand in Bezug auf den Schwerpunkt befinden sollen, wird durch die Spiegel in dieser Stellung kein Drehmoment auf den Satelliten um die z-Achse erzeugt. Aufgrund der eæzentrischen Lage der Spiegel in Bezug auf die y-Achse wird nunmehr aber ein Moment um die y-Achse erzeugt.In the position of the mirrors 5 and 6 shown in FIG. 2, these are located now both asymmetrical with respect to the y-axis and in each case in the direction of pivoted negative z-axis. Since the two mirror surfaces 5 and 6 are the same area should have and since the mirrors are also lii the same y-distance with respect to should be the center of gravity, the mirrors in this position do not Torque generated on the satellite around the z-axis. Because of the eæzentrischen However, the position of the mirror in relation to the y-axis now becomes a moment about the y-axis generated.

Fig. 3 zeigt eine Ausbildung des Satelliten, bei der die Solarzellenausleger 3 und 4 jeweils der Sonne nachgeführt werden, so daß ihre Flächen senkrecht zur Sonneneinstrahlung liegen. Auch in diesem Falle können die Spiegel 5 und 6 dieselbe Stellung in Bezug auf die Solarzellenausleger einnehmen wie in Fig. 2. Das heißt, die Spiegel 5 und 6 können in derselben Ebene wie die Solarsellenausleger verschwenkt werden. Natürlich wäre es auch möglich, die Spiegel jeweils um denselben Winkel um die y-Achse gegen die Ebene der Solarzellenausleger zu verdrehen, um auch in dieser Stellung sodann ein Drehmoment des gesamten Satelliten um die y-Achse zu erhalten.Fig. 3 shows an embodiment of the satellite in which the solar cell boom 3 and 4 each track the sun so that their surfaces are perpendicular to the Sun exposure. In this case too, the mirrors 5 and 6 can be the same Take a position in relation to the solar cell cantilever as in Fig. 2. That is, the mirrors 5 and 6 can be pivoted in the same plane as the solar panel boom will. Of course, it would also be possible to set the mirrors at the same angle to rotate the y-axis against the plane of the solar cell cantilever to also in this position then results in a torque of the entire satellite about the y-axis obtain.

In den Fig. 4 und 5 ist der gleiche in Fig. 1 dargestellte Satellit gezeigt, weshalb auch in diesen Figuren gleiche Bezagzeichen verwandt sind. Die Fig. 4 und 5 zeigen die Stellungen der Spiegel 5 und 6, mit denen eine Drehung des Satelliten um die z-Achse erzielt werden kann. In Fig. 4 soll wieder angenommen werden, daß sich die Solarzellenausleger 3 und 4 in der durch die y- und z-Achse aufgespannten Ebene befinden. Die Spiegel 5 und 6 sollen jeweils um die y-Achse verdrehbar einstellbar selen und gleichzeitig sollen die Spiegel auch um eine in der durch die y- und z-Achse aufgespannten Ebene liegende und parallel zur z-Achse verlaufende Achse 11 bzw. 12 verschwenkbar sein. Die Sonneneinstrahlung soll bei der Darstellung in Fig. 4 parallel zur x-Achse einfallen. In diesem Falle wird der eine Spiegel 5 in eine Läge gebracht, in der er symmetrisch zur y-Achse und in der Ebene liegt, die durch die y-.und z-Achse aufgespannt wird. Der andere Spiegel 6 dagegen wird um die Achse 12 derart verschwenkt, daß seine Fläche parallel zur x-Achse' d.h. parallel zur Sonneneinstrahlung, verläuft, so daß dieser Spiegel nicht von der Sonnenstrahlung getroffen wird und deshalb durch diesen Spiegel kein Drehmoment auf den Satellitenkörper 2 ausgeübt wird. Der Spiegel 5 übt dagegen sein größtmögliches Drehmoment auf den Satellitenkörper 2 aus, so daß sich nunmehr ein resultierendes Gesamtdrehmoment ergibt, das den Satellitenkörper um die z-Achse zu drehen versucht.4 and 5 is the same satellite shown in FIG shown, which is why the same reference symbols are used in these figures. the 4 and 5 show the positions of the mirrors 5 and 6, with which a rotation of the Satellites around the z-axis can be achieved. In Fig. 4 is supposed to be assumed again that the Solar cell boom 3 and 4 in the through the y- and z-axis spanned plane. The mirrors 5 and 6 should each adjustable selenium rotatable about the y-axis and at the same time the mirrors should also about a plane lying and parallel in the plane spanned by the y and z axes to the z-axis extending axis 11 or 12 be pivotable. The sun exposure is intended to be parallel to the x-axis in the illustration in FIG. 4. In this case one mirror 5 is brought into a position in which it is symmetrical to the y-axis and lies in the plane spanned by the y and z axes. The other Mirror 6, on the other hand, is pivoted about axis 12 in such a way that its surface is parallel to the x-axis' i.e. parallel to the solar radiation, so that this mirror is not hit by solar radiation and therefore not through this mirror Torque is exerted on the satellite body 2. The mirror 5 exercises against it maximum torque on the satellite body 2, so that now a resulting total torque gives the satellite body around the z-axis tried to turn.

Fig. 5 zeigt die in Fig. 4 gezeigte Anordnung für den Fall, daß die Solarzellenausleger 3 und 4 jeweils der Sonne nachgeführt werden, wobei hier in dieser Fig. 5 angenommen werden soll, daß die Sonneneinstrahlung senkrecht zu der Fläche der Solarzellenausleger 3 und 4 einfällt. Das heißt, bei dieser Darstellung soll die Sonneneinstrahlung nicht mehr parallel zur x-Achse sondern unter einem Winkel gegen diex-Achse und parallel zu der durch die x-~und z-Achse aufgespannten Ebene einfallen. Im vorliegenden Beispiel ist nunmehr der Spiegel 5 um die Schwenkachse 11 derart verschwenkt,. daß seine Fläche parallel zu der Ebene verläuft, die durch die x- und z-Achse aufgespannt wird. Hierdurch trifft leine Sonnenstrahlung auf diesen Spiegel auf. Natürlich könnte anstelle des Spiegels 5 ebensogut auch, wie im Beispiel 4, der Spiegel 6 in eine solche Stellung verschwenkt sein, daß keine Sonnenstrahlung auf ihn auftrifft, sofern sich der andere Spiegel in einer Stellung befindet, in der durch diesen ein geeignetes Drehmoment erzeugt werden kann. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 5 ist nunmehr der Spiegel 6 nicht um seine Achse 12 verschwenkt, sondern er ist lediglich nm die y-Achse verdreht. Das heißt, ausgehend von einer Stellung in der der Spiegel 6 in derselben Ebene wie der Solarzellenausleger 4 liegt, wurde der Spiegel 6 um die -Achse derart gedreht, daß er in der Ebene liegt, die durch die y- und z-Achse aufgespannt wird. Nur in dieser Stellung des Spiegels 6 wird nun ein solches positives Gesamtdrehmoment erzeugt, durch das der Satellit allein um die z-Achse gedreht wird. Das heißt, auch wenn die Solarzellenausleger 3, 4 bei sich änderndem Sonnenstand om die y-Achse gedreht werden, muß der Spiegel 6. derart um die y-Achse gedreht werden, daß er jeweils in der Ebene liegt, die durch die y- und z-Achse aufgespannt wird. Für den Spiegel 5 gilt dagegen lediglich die Bedingung, daß der möglichst vollstandig der Sonneneinstrahlung entzogen oder zumindest in einem solchen Ausmaß entzogen wird, daß sich nicht gegenseitig aufhebende f)rehmomente ergeben, sondern ein positives Gesamtdrehmoment um die z-Achse erhalten wird.Fig. 5 shows the arrangement shown in Fig. 4 for the case that the Solar cell boom 3 and 4 each track the sun, with here in this Fig. 5, it is assumed that the solar radiation is perpendicular to the Surface of the solar cell cantilever 3 and 4 is incident. That is, with this representation the solar radiation should no longer be parallel to the x-axis but under one Angle against the x-axis and parallel to that through the x- and z-axes fall into the open plane. In the present example it is now the mirror 5 pivoted about the pivot axis 11 in such a way. that its face is parallel to the plane which is spanned by the x and z axes. This hits leine Solar radiation on this mirror. Of course, instead of the mirror 5 just as well, as in example 4, the mirror 6 is pivoted into such a position that no solar radiation hits him, provided that the other mirror is is in a position in which it generates a suitable torque can be. In the present embodiment according to FIG. 5 is now the mirror 6 is not pivoted about its axis 12, but it is only nm the y-axis twisted. That is, starting from a position in which the mirror 6 in the same plane as the solar cell boom 4, the mirror 6 was around the -Axis rotated so that it lies in the plane spanned by the y- and z-axes will. Only in this position of the mirror 6 is such a positive total torque generated by which the satellite is rotated around the z-axis alone. That is, too if the solar cell boom 3, 4 with changing position of the sun om the y-axis are rotated, the mirror 6 must be rotated about the y-axis so that it each lies in the plane spanned by the y and z axes. For the Mirror 5, on the other hand, only applies the condition that the Is withdrawn from sunlight or at least withdrawn to such an extent that that there are not mutually canceling f) moments, but a positive one Total torque about the z-axis is obtained.

In Fig. 6 ist schematisch die Einstellmöglichkeit eines Spiegels, der mit 5' bezeichnet ist, angedeutet. Von einem Solarzellenausleger 3' ist lediglich das äußerste Ende dargestellt. In Längsachse dieses Solarzellenauslegers verläuft diey-Achse . An dem äußeren Ende dieses Solarzellenauslegers 3' ist eine Halterung 13 für den Spiegel 5' dargestellt, die um eine zu der y-Achse senkrechte und in der Ebene des Solarzellenauslegers 3' liegende Achse 11' verschwenkbar bzw. kippbar ist.In Fig. 6 is a schematic of the adjustment of a mirror, which is denoted by 5 'indicated. Of a solar cell boom 3 'is only the extreme end shown. This solar cell boom runs in the longitudinal axis diey axis. At the outer end of this solar cell boom 3 'is a holder 13 for the mirror 5 'shown, which is about a perpendicular to the y-axis and in the axis 11 'lying in the plane of the solar cell boom 3' can be pivoted or tilted is.

An der Halterung 13 ist eine Welle 14 drehbar gehaltert, an der der Spiegel 5 befestigt ist. Befindet sich die Halterung 13 in einer solchen Drehstellung, daß die Welle 14 in der Ebene des Solarzellenauslegers 3' liegt, so kann der Spiegel 5' entsprechend seiner in Fig. 6 in ausgezogenen Linien dargestellten Stellung um die y-Achse verdreht werden. Bleibt die Welle 14 in Bezug auf die Halterung 13 in der in Fig. 6 in ausgezeichneten Linien dargestellten Stellung, so kann der Spiegel 5' in einer beliebigen Drehstellung in Bezug auf die y-Achse zusätzlidh sodann auch noch um die Achse 11' verschwenkt werden.On the bracket 13, a shaft 14 is rotatably supported on which the Mirror 5 is attached. If the holder 13 is in such a rotational position, that the shaft 14 lies in the plane of the solar cell boom 3 ', so the mirror 5 'according to its position shown in Fig. 6 in solid lines the y-axis can be rotated. The shaft 14 remains in relation to the bracket 13 in the position shown in Fig. 6 in solid lines, the mirror can 5 'in any rotational position with respect to the y-axis then also can still be pivoted about the axis 11 '.

In Fig. 6 ist gleichzeitig in gestrichelten Linien noch dargestellt, daß der Spiegel 5' auch in Bezug auf die Halterung 13 noch in andere Stellungen verbracht werden kann. Hierzu ist die Welle 14 in einem in der Halterung 13 ausgebildeten Schlitz 15 verschiebbar. Liegt die Halterung 13 in derselben Ebene wie der Solarzellenausleger 3', so kann die Verstellung des Spiegels 5' als eine Drehung bzw. Schwenkung um eine Achse angesehen werden, die senkrecht auf der Oberfläche des Solarzellenauslegers 3' und der y-Achse steht. Ist der Spiegel 5' aus seiner in ausgezogenen Linien dargestellten Stellung in die in gestrichelten Linien dargestellte Stellung verschwenkt, so kann er unter Aufrechterhaltung dieser Stellung in Bezug auf die Halterung 13 sodann insgesamt auch zusammen mit der Halterung 13 noch um die Achse 11' verschwenkt werden. Insgesamt ergibt sich hierdurch, wenn man die Fig. 1 bis 6 insgesamt betrachtet, eine solche Ausbildung, daß mit Hilfe von nur zwei Spiegeln, die um jeweils drei zueinander senkrechte Achsen verdrehbar angeordnet sind, eine vollkommene Lagesteuerung des Satelliten erreicht werden kann.In Fig. 6 is also shown in dashed lines at the same time, that the mirror 5 'is also in other positions with respect to the holder 13 can be spent. For this purpose, the shaft 14 is embodied in a holder 13 Slot 15 can be moved. If the holder 13 lies in the same plane as the solar cell boom 3 ', the adjustment of the mirror 5' can take the form of a rotation or pivoting an axis can be considered to be perpendicular to the surface of the solar cell cantilever 3 'and the y-axis stands. Is the mirror 5 'out of it shown in solid lines Position in the position shown in dashed lines pivoted, so he can while maintaining this position in relation to the holder 13 then a total of also pivoted about the axis 11 'together with the holder 13 will. Overall, if you look at FIGS. 1 to 6 as a whole, this results in such a training that with the help of only two mirrors, each by three axes perpendicular to each other are arranged rotatable, a perfect position control of the satellite can be reached.

Die Steuerung der Spiegel bzw. die Lageregelung des Satelliten erfolgt zweckmäßigerweise über Bodenstationsrechenanlagen unter Verwendung der üblichen Lagesensoren. The control of the mirrors or the position regulation of the satellite takes place expediently via ground station computer systems using the usual Position sensors.

In der Zeichnung sind lediglich Ausführungsbeispiele dargestellt, bei denen die Steuerung mit Hilfe nur zweier Spiegel vorgenommen wird, die eine Steuerung um drei zueinander senkrechte satellitenfeste Achsen ermöglichen. In the drawing, only exemplary embodiments are shown, in which the control is carried out with the help of only two mirrors, one Enable control around three mutually perpendicular satellite-fixed axes.

Natürlich können die Funktionen auch noch auf mehrere Paare von Spiegeln aufgeteilt werden, so daß für bestimmte Steuervorgänge jeweils ein bestimmtes Paar von Spiegeln vorgesehen ist. Of course, the functions can also be used on several pairs of mirrors are divided, so that for certain control processes each a certain pair is provided by mirrors.

Im folgenden soll zur Erläuterung der zur Steuerung notwendige Zeiten und der erreichbaren Winkelgeschwindigkeiten das folgende Beispiel dienen. Im folgenden werden bezeichnet: Solardruck - Solarintensität Lichtgeschwindigkeit Spiegelfläche Mass enträgheitsnioment Abstand Spiegeldruckpunkt - Satellitenschwerpunkt l(m) Lagewinkel Zeit t (sec) Moment g (Nm) Die Solarintensität im geostationären Orbit beträgt I = 1400 sec m Daraus ergibt sich der Solardruck auf ideal reflektierenden Spiegeln Durch den Solardruck wird auf den Satelliten das Drehmoment ausgeübt T = Ps . A . l (Nm) Die Satellitendrehung durch dieses Drehmoment ergibt sich aus Hieraus läßt sich für die Winkeländerung in Abhängigkeit von der Zeit P (t) die Gleichung ableiten Beispiel Ein Satellit soll aus der Anfangslage # = yO = O um den Winkel ## nach Y1 gedreht werden. soll in #o gleich Null sein.The following example is intended to explain the times required for control and the angular speeds that can be achieved. The following are referred to as: Solar pressure - Solar intensity Speed of Light Mirror surface Measure of inertia Distance mirror pressure point - satellite center of gravity l (m) angle of position Time t (sec) Moment g (Nm) The solar intensity in the geostationary orbit is I = 1400 sec m This results in the solar pressure on ideally reflecting mirrors The solar pressure exerts the torque on the satellite T = Ps. A. l (Nm) The satellite rotation due to this torque results from The equation for the change in angle as a function of time P (t) can be derived from this Example A satellite is to be rotated from the initial position # = yO = O by the angle ## to Y1. should be zero in #o.

Gegeben: = 100 kg . m2 = 2m = 1 m2 = 20 = 3,5 . 10-2 rad =0 = 1,88.10-5Nm = T . t2 26 Hiernach wird die angestrebte Drehung nach 10 Minuten erreicht. Die Endwinkelgeschwindigkeit hierbei beträgt 1,13 . 10-4 rad.Given: = 100 kg. m2 = 2m = 1 m2 = 20 = 3.5. 10-2 rad = 0 = 1.88.10-5Nm = T. t2 26 The desired rotation is then achieved after 10 minutes. The final angular velocity here is 1.13. 10-4 rad.

sec Steuerungen sind an sich auch bereits mit nur einem einzigen Spiegel möglich, jedoch treten in diesem Fall üblicherweise Koppelbewegungen um mehrere Achsen auf, was eine komplizierte Steuerung erfordert. Weiterhin muß bei der Verwendung nur eines Spiegels dieser, wenn keine Lageveränderungen vorgenommen werden, so geführt werden, daß er der Sonneneinstrahlung nicht ausgesetzt wird. Werden dagegen zwei Spiegel verwandt, so können diese so in ihrer Fläche bemessen und in einem Abstand vom Schwerpunkt des Satelliten angeordnet werden, daß sich in einer Ruhestellung keine Bewegung ergibt, auch wenn die Spiegel der Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, da sich die jeweils erzeugten Drehmomente gegenseitig aufheben.sec Controls are in themselves already with only possible with a single mirror, but coupling movements usually occur in this case around several axes, which requires a complicated control. Furthermore must if only one mirror is used, this if no changes in position have been made be guided in such a way that it is not exposed to direct sunlight. If, on the other hand, two mirrors are used, they can be measured in terms of their area and at a distance from the center of gravity of the satellite that is In a rest position there is no movement, even when the mirror is exposed to sunlight are exposed because the torques generated cancel each other out.

Auch bei der Verwendung jeweils paarweise angeordneter Spiegel können gekoppelte Bewegungen um gleichzeitig mehr als eine Achse ausgeführt werden. So würde etwa bei der Anordnung nach Fig. 2 oder 3 eine gleichzeitige Drehung um die y-Achse und die z-Achse erreicht, wenn einer der beiden Spiegel so eingestellt wird, daß keine oder nur eine geringere Sonneneinstrahlung auf ihn trifft als auf den anderen Spiegel.Even when using mirrors arranged in pairs coupled movements around more than one axis at the same time. So in the arrangement of FIG. 2 or 3 would be a simultaneous rotation around the y-axis and the z-axis reached when one of the two mirrors is adjusted so that no or only a little solar radiation hits him than on the another mirror.

- Patentansprüche - - patent claims -

Claims

P a t e n t a n s p rü ch e 0 Position control for satellites, in particular Position control for geosynchronous or geostationary satellites, g e k e n n z e i c h ne t d u r c h at least two at a distance from the center of gravity of the satellite (1) mirrors (5, 6) that can be attached to take advantage of the solar pressure generated by the sun's rays.

2. Position control according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the mirrors (5, 6) have the same mirror surfaces, and that these at the same distance from the center of gravity of the satellite to exert a torque are effective on this.

3. Position control according to claim 1 or 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that to erect a torque about a first x-axis of the Satellites pass the mirrors on a second, at right angles to the x-axis the center of gravity going y-axis arranged rotatably adjustable about this axis are.

4. Position control according to one of claims 1 to 3, d a d u r c h g e k e n n n n z e i c h n e t that to generate a torque by a third, the mirrors on the first and second x and y axes, which are perpendicular to the z-axis are arranged such that they can be rotated about the x or y axis that one of the mirrors lying in the plane spanned by the 2 and z axes or y and z axes is adjustable, while the other mirror is rotatable so that it is exposed to sunlight presents the smallest possible area.

5. Position control according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the mirrors about axes perpendicular to the x-axis or y-axis (11, 12) are designed to be pivotable.

6. Position control according to one of claims 1 to 5, d a d u r c h g e k e n n n n z e i c h n e t that the mirrors (5, 6) to generate a torque rotatable about the y-axis about axes perpendicular to the y-axis in this way are adjustable that the mirror surfaces in the same plane to the same side of the y-axis can be pivoted eccentrically against this.

7. Position control according to claim 6, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t that the mirror surfaces in their control position to prevent a Rotation of the satellite around an axis other than the y-axis in relation to a through the center of gravity of the satellite, perpendicular to the y-axis axis are arranged symmetrically.

8. Position control according to one of claims 1 to 7, d a du r c h g e It is not noted that the mirrors (5, 6) are at the outer ends of solar cell brackets (3, 4) are provided.

9. Position control according to one of claims 1 to 8, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that the mirrors (5, 6) are arranged in such a way that they in connection with the solar cell booms (3, 4) for the rocket launch saves space can be folded into a package.

10. Position control according to one of claims 1 to 9, d a d u r c h g It is noted that at least one pair of mirrors is provided by which each mirror is arranged to be rotatable about three mutually perpendicular axes is.

11. Position control according to one of claims 1 to 10, d a d u r c h it is not noted that more than two, in pairs on top of each other opposite sides of the center of gravity of the satellite each on a common, axis going through the center of gravity. arranged mirrors are provided.

12. Position control according to one of claims 1 to 11, d a d u r c h It is not noted that the mirrors are normally protected from the rays of the sun protected and only extended to carry out a control or sunlight get abandoned.

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