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Analisi e simulazione di un sistema per la misura sperimentale del dipolo magnetico residuo di micro-satelliti

机译:微卫星剩余磁偶极子实验测量系统的分析与仿真

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摘要

La dinamica dell'assetto di un satellite artificiale rappresenta uno degli aspetti più delicati della missione che esso stesso andrà a svolgere in orbita attorno ad un qualche corpo celeste, quale appunto il pianeta Terra.udIl seguente lavoro di tesi si propone di analizzare la causa di una delle principali componenti di disturbo dell'assetto appena menzionato, preponderante per satelliti dalle piccole dimensioni, fornendo la spiegazione, validata attraverso una simulazione, della messa a punto di un metodo sperimentale per la valutazione della stessa. La componente in questione è la coppia di disturbo magnetica, ed è generata dall'interazione tra il campo magnetico terrestre ed il cosiddetto 'dipolo magnetico residuo' del satellite stesso, ossia quel campo magnetico che esso, in modalità operativa e non, risulta generare a causa del materiale ferromagnetico presente al suo interno, e delle correnti elettriche circolanti nei vari cavi conduttori. Ci si è dunque occupati dell'analisi e messa a punto di un metodo che possa consentire sperimentalmente di rilevare l'entità del dipolo residuo.udIl lavoro di simulazione è stato svolto prendendo in considerazione le dimensioni e le possibili caratteristiche del dipolo residuo del micro-satellite ESEO (European Student Earth Orbiter), sviluppato da studenti di diverse università europee ed ora in fase di progetto dettagliato (fase C) presso i laboratori dell'azienda ALMASpace S.r.l. di Forlì.udIl metodo in esame consiste nel rilevare il campo magnetico generato dal satellite, posto all'interno di un sistema tridimensionale di bobine di Helmholtz per avere una zona libera da campi magnetici esterni. Il rilevamento del dipolo avviene per mezzo di un magnetometro a tre assi, e dalla suddetta misura si può pervenire alla conoscenza delle componenti del dipolo stesso, quali posizione, orientamento ed intensità; siccome però la misura del magnetometro non è ideale, ma risulta affetta da errori, per una più corretta caratterizzazione del dipolo è necessario utilizzare un numero maggiore di magnetometri (oppure, il che è lo stesso, un unico magnetometro spostato mano a mano) in punti diversi attorno al satellite in modo da avere più misure di campo magnetico e poter così sfruttare una procedura numerica di ottimizzazione per risalire alle componenti del dipolo.udQuesta intera parte di calcolo è stata realizzata in MatLab®, simulando quindi le misure ottenute dai magnetometri, 'sporcandole' con i predetti errori, ed utilizzando le funzioni di minimizzazione lsqnonlin ed fmincon per verificare la funzionalità del sistema; si sono infatti analizzati i grafici rappresentanti i livelli di errore commessi dall'algoritmo di stima sulle varie componenti del dipolo, per le tipologie di errore dei magnetometri menzionate in precedenza.udSi è così cercato di suggerire una configurazione ottimale di magnetometri in grado di fornire una stima caratterizzata da un buon compromesso tra numero di magnetometri da utilizzare non troppo elevato ed errore derivante accettabile.
机译:人造卫星结构的动力学特性是它将在围绕诸如地球之类的天体的轨道上执行的任务中最微妙的方面之一。上面提到的结构的主要扰动组件之一,主要是小型卫星,提供了通过仿真验证的评估方法的开发实验的解释。所讨论的分量是磁干扰对,它是由地球磁场与卫星本身的所谓“剩余磁偶极子”之间的相互作用产生的,也就是说,在工作和非工作模式下,它在以下位置产生的磁场因为其中存在铁磁性材料,并且电流在各种导线中循环。因此,我们处理了一种可以通过实验检测残留偶极子范围的方法的分析和开发。 Ud在进行模拟工作时,要考虑到微型残留偶极子的尺寸和可能的特性。卫星ESEO(欧洲学生地球轨道器),由来自欧洲不同大学的学生开发,目前处于ALMASpace Srl公司实验室的详细项目阶段(C阶段) ud所检查的方法包括检测由卫星产生的磁场,该磁场放置在亥姆霍兹线圈的三维系统内,其区域没有外部磁场。偶极子的检测是通过三轴磁力计进行的,从上述测量中可以了解偶极子本身的组成,例如位置,方向和强度。但是,由于磁力计的测量不是理想的,而是受误差影响,因此,为了更准确地表征偶极子,有必要在点上使用更多数量的磁力计(或相同的手动移动单个磁力计)为了获得多个磁场测量值,从而能够利用数值优化程序来跟踪偶极子的分量,这整个计算部分都是在MatLab®中完成的,从而模拟了磁力计获得的测量值,用前面提到的错误“弄脏”它们,并使用最小化函数lsqnonlin和fmincon来检查系统的功能;实际上,对于上述磁力计的误差类型,已经分析了表示估计算法对偶极子各个分量施加的误差水平的图表,因此udSi试图建议一种能够提供以下性能的磁力计的最佳配置:一种估计,其特征是要使用的磁力计的数量(不要太高)与由此产生的误差之间的良好折衷。

著录项

  • 作者

    DAnniballe Alessandro;

  • 作者单位
  • 年度 2014
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 it
  • 中图分类

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