Magnetische Reinheit

Warum parasitäre Dipole die Lageregelungsdynamik eines 1P dominieren

Auf einer polaren Umlaufbahn in $525\text{km}$ Höhe ($B_{\text{pole}}\approx 47\mu \text{T}$) erzeugt ein parasitärer magnetischer Dipol von lediglich $m_{\text{res}}=10^{-3}\text{A}\cdot {\text{m}}^2$ ($1\text{mA}\cdot {\text{m}}^2$) ein Störmoment von $T_m=m_{\text{res}}B\approx 47\text{nN}\cdot \text{m}$ — mehr als das Hundertfache des Gravitationsgradientenmoments an einem $1\text{P}$-Würfel und vergleichbar mit dem Stellmoment einer in die Leiterplatte integrierten Magnetorquer-Spule[1]. Noch gravierender wirkt sich dies bei Raumfahrzeugen mit passiver magnetischer Lageregelung (PMAC) aus: Ein unkompensierter transversaler Dipol kippt die Gleichgewichtsachse um $\Delta \theta =\arctan (m_{\text{res},\perp }/m_{\text{PMAC}})$[2].

Höhe (km)	Gravitationsgradient (N·m)	Aerodynamisch (N·m)	Solardruck (N·m)	Magnetisches Restmoment (N·m)	Dominante Störquelle
320	2,98 × 10⁻¹¹	1,32 × 10⁻⁸	5,67 × 10⁻¹¹	7,93 × 10⁻⁸	Magnetisches Restmoment
400	2,88 × 10⁻¹¹	2,45 × 10⁻⁹	5,67 × 10⁻¹¹	7,65 × 10⁻⁸	Magnetisches Restmoment
500	2,76 × 10⁻¹¹	3,64 × 10⁻¹⁰	5,67 × 10⁻¹¹	7,32 × 10⁻⁸	Magnetisches Restmoment
525	2,73 × 10⁻¹¹	2,34 × 10⁻¹⁰	5,67 × 10⁻¹¹	7,24 × 10⁻⁸	Magnetisches Restmoment
600	2,64 × 10⁻¹¹	6,72 × 10⁻¹¹	5,67 × 10⁻¹¹	7,01 × 10⁻⁸	Magnetisches Restmoment
700	2,53 × 10⁻¹¹	1,55 × 10⁻¹¹	5,67 × 10⁻¹¹	6,72 × 10⁻⁸	Magnetisches Restmoment

Vermeidung von Stromschleifen und hartmagnetischen Bauteilen

1. Rückführung der Solarzellen-Verschaltung (Back-Wiring): Ein Solarzellenstrang, der einen Strom von $I=150\text{mA}$ entlang des Umfangs eines $42\times 42\text{mm}$ großen Paneels führt, umschließt eine Fläche von $A=1.76\times 10^{-3}{\text{m}}^2$ und erzeugt damit $m=IA=0.26\text{mA}\cdot {\text{m}}^2$ pro Außenfläche. Wird die Rückleitung auf der inneren Leiterplattenlage exakt unterhalb des Zellverbindungspfades geführt, hebt sich die umschlossene Fläche auf[2].
2. Batteriebecher und Nickel-Ableiter: Zylindrische 18650-Stahlbecher und Punktschweißstreifen aus Reinnickel behalten eine remanente Magnetisierung zurück; Pouch-Zellen mit Aluminium-Polymer-Verbundfolie und Kupfer- bzw. Aluminium-Ableitern weisen eine um Größenordnungen geringere Remanenz auf.
3. Verbindungselemente und HF-Steckverbinder: Kaltverformte Schrauben aus Edelstahl 304/A2 werden teilweise martensitisch und damit ferromagnetisch. Spezifiziert werden sollten daher Ti-6Al-4V, passivierter austenitischer Edelstahl A4-80 (316) sowie nichtmagnetische SMA-/MMCX-Steckverbinder aus Messing; zudem ist jedes mechanische Bauteil vor der Integration mit einem Fluxgate- oder 3-Achsen-AMR-Magnetometer zu prüfen[3].