Bozucu Torklar, PMAC ve B-Dot Dönü Sönümleme

Uzay aracını 1U'dan (L = 10 cm) 1P'ye (L = 5 cm) küçültmek LEO bozucu tork sıralamasını tersine çevirir. Kütleçekim gradyan torku T_g = (3μ / 2r³)·|ΔI|·sin 2θ asal eylemsizlik farkıyla L⁵ olarak 32 kat düşer (525 km'de ΔI = 1,5 × 10⁻⁵ kg·m² için ≈ 0,027 nN·m; simetrik 1P küpte etkisizdir ancak 6P STECCO'da kullanılır); aerodinamik tork T_a = ½·ρ·v²·C_D·A·l_cp (525 km'de çıplak gövdede ≈ 0,23 nN·m; 171 mm UHF monopolle artar) ve güneş ışınım basıncı T_srp = (S₀/c)·(1 + q)·A·l_sp (≈ 0,1 nN·m) ise L³ ile azalır.

Parazitik manyetik dipol torku T_m = m_res · B ise pil kılıfları, akım ilmekleri ve vidalar kübik küçülmediğinden boyuta zayıf bağlıdır (L⁰–L²). ~450 km üzerinde kalıcı mıknatıslanma çevresel torkları iki mertebe aşar: 525 km'de (ekvator B ≈ 23 µT, kutup B ≈ 47 µT) m_res = 1,5 mA·m² dipol 65–75 nN·m üretir (kutuplarda ~47 nN·m/mA·m²) ve PMAC yönelimini Δθ = arctan(m_res,⊥ / m_PMAC) saptırır.

m_res ≤ 0,5–1,0 mA·m² hedefini (ve CDS 0,5 gauss statik alan sınırını) sağlamak sıkı disiplin ister: güneş paneli dönüş hatlarını dizilerin altından geçirmek 42 × 42 mm çevredeki 150 mA ilmeğin 0,26 mA·m² dipolünü sıfırlar; alüminyum laminat LiPo keseler çelik 18650 kılıfların ve nikel şeritlerin, Ti-6Al-4V veya A4-80 (316) vidalar ile pirinç RF konnektörler ise 304/A2 çeliğin yerini alır.

Pasif Manyetik Yönelim Kontrolü (PMAC), güç, algılayıcı veya yazılım harcamadan bir ekseni yerel jeomanyetik alan B_⊕ boyunca hizalar (tan I = 2·tan λ_m; kutupsal turda iki tam dönüş) ve T_lib = 2π·√(I / (m·B)) periyoduyla salınır. 525 km ekvator alanı B_min ≈ 23 µT'de k_m = 10 tork marjını m ≥ k_m·T_dist / (B_min·sin θ_max) ile kurmak sürüklemeye karşı 0,015–0,030 A·m² veya kalıcı dipoller dahil 0,02–0,10 A·m² gerektirir.

Mıknatıs şekli ve alaşım kararlılığı uçuş dipolünü belirler: basık AlNiCo-5 bloklar öz-demanyetizasyona uğrar. Grizu-263A dört adet 8 mm AlNiCo-5 küple (N = 1/3) 0,12 T (~%15 kalıcılık) noktasında m ≈ 0,31 A·m² ve 10–23 s periyot elde etmiştir; aynı kütleyi 8 × 8 × 32 mm sütun (N = 0,108) yapmak dipolü 0,91 A·m²'ye çıkarır; AlNiCo 5 ve SmCo, NdFeB'nin ~%12/100 K kaymasından da kaçınır.

50 mm küpte aşırı büyük mıknatıs yakın-alan kilitlenmesi yaratır; çünkü çubuk mesafesi d 20–35 mm'ye iner (1U–3U'da 60–150 mm). Orta düzlemden δ kaçık dik çubukta tepe alan H_∥,max = 0,859·m·δ / [4π·(d² + δ²)²] ∝ m·δ / d⁴ ile d = 45 mm'den 20 mm'ye 25 kat artar. d = 20 mm, δ = 1 mm'de 0,31 A·m² mıknatıs çubuğa ≈ 130 A/m sürer (Delfi-C3'te doyan çubuklar sönümü ~3 aya uzatmıştır) ve ±0,4–4,9 mT MEMS manyetometrelere 3,8–7,6 mT sapma bindirir; ölçülü mıknatıs ve δ ≈ 0 yerleşimi şarttır.

Yumuşak manyetik çubuklar, takla hareketi B_⊕ alanını eksenleri boyunca taradıkça dönme enerjisini ısıya çevirir; lib/physics/magnetics.ts alaşımları %80 Ni–Fe HyMu-80 (H_c = 0,96 A/m, J_s = 0,74 T; Grizu-263A'da on iki 0,2 × 0,2 × 33,5 mm çubuk), amorf FeBSi şerit (H_c = 3,0 A/m, J_s = 1,56 T) ve yönlü FeSi'dir (H_c = 7,5 A/m, J_s = 2,0 T).

μ_r ~ 10⁴–10⁵ iken narinlik L/D silindirik N_d ≈ [1 + (4/√π)·(L/D)]⁻¹ dayattığından (N_d·μ_r ≫ 1), iç alan H_i = H_a − N_d·M demanyetizasyon-sınırlıdır: tepe kutuplanma J_p = min[μ₀·(H_a − H_c) / N_d, J_s] ve görünür doyum H_sat,app = N_d·J_s / μ₀ olur. İnce 0,04 g FeBSi şeritler 0,31 g çubuklardan 4 kat fazla enerji yutar; L⁵ eylemsizliğiyle (I_t = 1,1 × 10⁻⁴ kg·m²) /lab/pmac 1P referansı (45 mm³, H_c = 1,2 A/m, B_s = 0,75 T) 15 °/s dönmeyi 0,93 saatte sönümler ve 10°'de 583 nN·m üretir.

Enine alan H_c altına indiğinde çevrimler kapanır ve sönümsüz ölü bant θ_db ≈ arcsin(H_c / H_⊥) kalır (H_⊥ = 18,5 A/m, H_c = 1,2 A/m için ±3,7°). SQ-R-002'ye göre 60 K çevrimde rijit epoksi 50–105 MPa gerilme yaratarak H_c'yi bozar; gevşek PTFE kılıflar ve bağsız FeBSi ile hidrojen tavlı HyMu-80 hibrit setleri önerilir.

Serbest yönelim için sabit mıknatıs taşımayan uydular, yönelim kestirimi olmadan gövde manyetometre farklarından PCB manyetorkerleri m = clip(−k·Ḃ_B, −m_max, +m_max) süren B-dot yasasıyla sönümlenir. Yörünge hızının üstünde Ḃ_B ≈ −ω × B_B olduğundan, dT/dt = ω · (m × B) = −k·‖B‖²·‖ω_⊥‖² ≤ 0 enine dönmeyi kesin azaltır; eğik yörüngeler B_⊕ vektörünü döndürerek üç ekseni boşaltır.

42 × 42 mm iç katman bobinleri 0,005–0,015 A·m² üretse de (1U'da 0,05–0,2 A·m²), 1P eylemsizliği ~22 kat küçüktür (1,0 × 10⁻⁴ karşısında 2,2 × 10⁻³ kg·m²). lib/physics/bdot.ts RK4 benzetimlerinde (500 km, 97,4° SSO, B₀ = 31,2 µT) 9,6 °/s'den ([6, −5, 5,5] °/s) 0,005 A·m² 1P ~1 yörüngede sönümlenir (20 °/s'den POQUITO uçuşuyla uyumlu); /lab/bdot (25 °/s'den 0,012 A·m²) 47,2 dakikada 1 °/s altına iner ve 2·n ≈ 0,13–0,19 °/s (n ≈ 0,063 °/s) tabanına yerleşir.

Uçuş yazılımı okumalar öncesi bobin-kapalı pencereler bırakır, 180 °/s hızda 1 Hz örtüşmeyi önlemek için 5–10 Hz örnekler, 1 °/s / 3 °/s histerezisi uygular ve Helmholtz kafesinde kutuplamayı doğrular. Ardından 2P–3P gövdeler güneş algılayıcıları, MEMS jiroskoplar, TRIAD/QUEST veya MEKF ve minyatür tepki tekerlerine (7 g, 25 mW; 3P Unicorn-2 ~5° yönelim ve 24 m GSD görüntüleme göstermiştir) geçer.