3-Achsen-Reaktionsräder, Sternsensoren und Drallentladung im CubeSat-ADCS

Von ±5° Magnetregelung zur Bogensekunden-Präzision für Erdbeobachtung

Autorin: nadir lab.
Veröffentlicht: 14. Oktober 2026
Lesezeit: 1 min
Niveau: Ingenieurwesen
Schlagwörter: CubeSat
ADCS
Reaction wheels
Star tracker
Pointing

Zusammenfassung

Wir formulieren die gekoppelten Eulerschen Drehimpulsgleichungen für 3U- und 6U-CubeSats mit Reaktionsrädern und CMOS-Sternsensoren sowie die kontinuierliche magnetische Drallentladung.

Inhalt

Drehimpulsaustausch des starren Körpers

Für einen CubeSat mit Reaktionsrad-Drehimpulsvektor $h_{w}$ gilt die gekoppelte Eulersche Bewegungsgleichung[1][2]:

I \dot{ω} + \dot{h}_{w} + ω \times (I ω + h_{w}) = τ_{ext}

Vergleich der ADCS-Klassen

ADCS-Stufe	Aktuatoren	Sensoren	Genauigkeit ( $3 σ$ )	Baugrößen
Passives PMAC	Permanentmagnet + Hysteresestäbe	Fotodioden + Magnetometer	$\pm 8^{\circ} bis \pm 1 5^{\circ}$	1P–3P, 1U[3]
Aktive Magnetregelung	3× Magnetorquer	Magnetometer + MEMS-Gyro	$\pm 2^{\circ} bis \pm 5^{\circ}$	1P–3P, 1U–3U
3-Achsen-Reaktionsräder	3× RW + 3× MTQ	Präzisions-Sonnen- & Horizontsensor	$\pm 0, 1 5^{\circ} bis \pm 0, 5^{\circ}$	1U–3U[4]
Sternsensor-Präzisions-ADCS	3–4× RW + 3× MTQ	CMOS-Sternsensor + Gyro	$10 - 60 arcsec$	3U, 6U, 12U

Kontinuierliche magnetische Drallentladung

Zur Vermeidung der Drehzahlsättigung erzeugen die Magnetorquer das Dipolmoment:

m_{desat} = - \frac{k _{d}}{∥ B ∥ ^{2}} (B \times (h_{w} - h_{ref}))