Aktiver B-Dot-Magnetorquer-Detumbling-Simulator

Den 3-achsigen Abbau der Winkelgeschwindigkeit unter PCB-Magnetorquer-B-Dot-Regelung vom Ausstoß bis zum Einfangen simulieren.

B-Dot Magnetorquer Detumbling
×10⁻⁴ kg·m²
A·m²
°/s
km
Final angular rate (3 orbits)0,16 °/s
Time to ω < 1 °/s1 min
Angular Rate Decay |ω(t)| (°/s)01325060120180240300Time (min)|ω| (°/s)|ω| (°/s)
Daten als Tabelle anzeigen
Time (min)|ω| (°/s)
025,0
600,4
1200,1
1800,1
2400,2
300—

DETERMINISTISCHE PHYSIK- & DATENMETHODIK

Wie Dieser Rechner Funktioniert

Quellmodule: lib/physics/bdot.ts

Integriert die 3-Achsen-Euler-Starrkörperdynamik und Einheitsquaternionen-Kinematik über drei SSO-Umläufe (285 min) per RK4 (Δt = 0,5 s) im geneigten rotierenden Dipolfeld mit diskreter 1-Hz-B-Dot-Spulensättigung.

Grundgleichungen & Physikalisches Modell

Diskretes B-Dot-Regelgesetz mit Achsensättigung
m_i = clip(−k · (B_b,i(t) − B_b,i(t − Δt_c)) / Δt_c,  −m_max, +m_max)

Aktualisiert das PCB-Magnetorquer-Dipolmoment alle Δt_c = 1,0 s mit Verstärkung k = 450 A·m²·s/T.

Eulersche Kreiselgleichungen & Quaternionen-Kinematik
I · ω̇ + ω × (I · ω) = m × B_b,   q̇ = ½ · q ⊗ [0, ω]

Modelliert ein um 9,4° geneigtes, mitrotierendes Erddipolfeld (B₀ = 31,2 µT) bei i = 97,5°.

Eingangsgrößen, Parameter & Einheiten

ParameterEinheitPhysikalische Bedeutung
I×10⁻⁴ kg·m²Transversales Hauptträgheitsmoment (axial I_z = 1,08·I).
m_maxA·m²Maximales Sättigungsdipolmoment je Spulenachse.
ω₀, h°/s, kmAnfangsdrehrate |ω(0)| nach dem Auswurf und SSO-Bahnhöhe.

Modellannahmen & Gültigkeitsgrenzen

  • Rauschfreie Magnetometermessung in den Austastlücken; Restdipol und Umweltstörmomente sind vernachlässigt.
  • Fester Reglergewinn k = 450 A·m²·s/T über 3 Umläufe.

Durchgerechneter Standard-Referenzfall

1P-Entdrall-Standardfall (I = 1,1×10⁻⁴ kg·m², m_max = 0,012 A·m², ω₀ = 25 °/s)

Auf 525 km SSO senken die PCB-Spulen die Drehrate in 47,2 min unter 1 °/s und erreichen nach drei Umläufen 0,16 °/s.

Zeit bis |ω| < 1 °/s
47,2 min
Enddrehrate (3 Orbits)
0,16 °/s
Spulenlimit m_max
0,012 A·m²
RK4-Schritt / Regeltakt
0,5 s / 1,0 s