DOC // NL-TN-2026-018VECTOR -Z1P / 1U · MATERIALS · ORBITAL

STATUS: PUBLISHED // REV 0.3

CubeSat ADCS mimarisinde 3 eksenli tepki tekerlekleri, yıldız izleyiciler ve momentum boşaltımı

±5° manyetik kontrolden yay-dakika altı Yer gözlem yönelimine geçiş

Yazar: nadir lab.
Yayım: 14 Ekim 2026
Okuma süresi: 2 dk
Düzey: Mühendislik
Etiketler: CubeSat
ADCS
Reaction wheels
Star tracker
Pointing

Özet

1P PocketQube ve 1U eğitim CubeSat'ları pasif manyetik sabitleme veya B-dot sönümleme kullanırken, görüntüleme ve optik haberleşme CubeSat'ları minyatür CMOS yıldız izleyicilerle eşleştirilmiş 3 eksenli tepki tekerleklerine ihtiyaç duyar. Bu teknik notta katı cisim Euler denklemlerini ve manyetorkerlerle sürekli momentum boşaltımını türetiyoruz.

İçindekiler

Katı Cisim Açısal Momentum Alışverişi

$h_{w} = [h_{x}, h_{y}, h_{z}]^{T}$ açısal momentum vektörüne sahip iç üçlüsü taşıyan bir CubeSat aşağıdaki Euler denklemine uyar[1][2]:

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

3U bir CubeSat'ı ( $I_{xx} \approx 0, 035 kg \cdot m^{2}$ ) $ω_{slew} = 3^{\circ} / s$ hızla döndürmek için tekerlek başına en az $h_{w} \approx 1, 83 mN \cdot m \cdot s$ kapasite gerekir.

CubeSat ADCS Katmanlarının Karşılaştırması

ADCS Sınıfı	Eyleyiciler	Yönelim Sensörleri	Tipik Doğruluk ( $3 σ$ )	Uygun Boyutlar
Pasif PMAC	Kalıcı mıknatıs + histerezis çubukları	Güneş fotodiyotları + manyetometre	$\pm 8^{\circ} - \pm 1 5^{\circ}$	1P–3P, 1U[3]
Aktif Manyetik (B-Dot)	3 eksenli PCB / çubuk manyetorker	Manyetometre + MEMS jiroskop + Güneş sensörü	$\pm 2^{\circ} - \pm 5^{\circ}$	1P–3P, 1U–3U
3 Eksenli Tepki Tekerleği	3× RW ( $2 - 10 mN \cdot m \cdot s$ ) + 3× MTQ	Hassas Güneş sensörü + ufuk sensörü	$\pm 0, 1 5^{\circ} - \pm 0, 5^{\circ}$	1U–3U[4]
Yıldız İzleyicili Hassas ADCS	3–4× RW ( $15 - 50 mN \cdot m \cdot s$ ) + 3× MTQ	CMOS yıldız izleyici + MEMS jiroskop	$10 - 60 yay-saniye$	3U, 6U, 12U

Manyetorkerlerle Sürekli Momentum Boşaltımı

Dış bozucu torklar zamanla tekerlekleri doyuma yaklaştırdığından, manyetorkerler yerel yer manyetik alanı $B$ ile etkileşerek

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

komutuyla biriken açısal momentumu her yörüngede dışarı boşaltır.