Effizientes Andocksystem für die Koordination und Kopplung eines Cubesat-Schwarms

Alapfogalmak

Ein effizientes und erweiterungsfähiges Andocksystem auf Basis eines Scherenhebels ermöglicht das Koppeln und Koordinieren eines Cubesat-Schwarms, um Treibstoff zu sparen und die Systemkomplexität zu reduzieren.

Kivonat

Der Artikel präsentiert ein neuartiges Konzept für ein extensibles Andocksystem, das auf einem Scherenhebel basiert, um Cubesat-Schwärme effizient zu koordinieren und zu koppeln.
Das System bietet drei Freiheitsgrade, um den Endeffektor an jeder Position innerhalb des Arbeitsraums platzieren zu können. Es wurde für einen 4U-Cubesat entwickelt und kann bis zu 5 Meter ausgefahren werden, sodass vier Systeme in einem 16U-Cubesat Platz finden.
Die Simulation zeigt, dass die erforderlichen Kräfte und Drehmomente für die Bewegung des Cubesats und des Andocksystems mit aktuellen Aktuatoren realisierbar sind.
Um das Andocksystem effektiv zu nutzen, wird eine mehrstufige Navigations-, Führungs- und Regelungsarchitektur vorgeschlagen. Die Navigation kombiniert GNSS, visionsbasierte Verfahren und Elektromagnete für die Andockphase. Die Führung erfordert komplexe Bahnplanungsverfahren, um den Schwarm zu koordinieren. Die Regelung nutzt klassische PID-Regler in Kombination mit fortgeschrittenen Techniken wie Gain Scheduling und modellprädiktive Regelung, um die Nichtlinearitäten des Andocksystems zu berücksichtigen.
Das vorgestellte Konzept wurde aus mechanischer und dynamischer Sicht entworfen und bewertet. Die Entwicklung der Navigations-, Führungs- und Regelungskomponenten wird als zukünftige Arbeit vorgeschlagen, um das Gesamtsystem zu testen.

Statisztikák

Die Gesamtmasse des Cubesats ohne Andocksystem beträgt 27,7 kg.
Das Andocksystem hat eine Masse von 2,41 kg.
Die maximale Ausdehnung des Andocksystems beträgt 5,026 m.
Die maximale Kraft des Cubesats in Längsrichtung beträgt 0,1 N.
Das maximale Drehmoment des Cubesats beträgt 0,2 Nm.
Die maximale Kraft der Andocksystemglieder beträgt 20 N.
Das maximale Drehmoment der Andocksystemgelenke beträgt 200 mNm.

Idézetek

"Das vorgeschlagene Konzept wurde aus mechanischer und dynamischer Sicht entworfen und bewertet."
"Um das Andocksystem effektiv zu nutzen, wird eine mehrstufige Navigations-, Führungs- und Regelungsarchitektur vorgeschlagen."

Főbb Kivonatok

Extensible Hook System for Rendesvouz and Docking of a Cubesat Swarm

by Carl... : arxiv.org 03-28-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.18376.pdf

Mélyebb kérdések

Wie könnte das Andocksystem für andere Anwendungen wie Weltraumdemontage oder Weltrauminfrastruktur-Aufbau angepasst werden?

Das Andocksystem könnte für andere Anwendungen wie Weltraumdemontage oder den Aufbau von Weltrauminfrastruktur angepasst werden, indem es mit spezifischen Endeffektoren ausgestattet wird, die für diese Aufgaben geeignet sind. Zum Beispiel könnten Werkzeuge zur Demontage von Weltraumschrott oder zur Montage von Strukturen an den Endeffektoren angebracht werden. Die Mechanismen zur Verlängerung und Verkürzung des Andocksystems könnten modifiziert werden, um den Anforderungen dieser speziellen Anwendungen gerecht zu werden. Darüber hinaus könnten zusätzliche Sensoren oder Kameras integriert werden, um die präzise Ausrichtung und Positionierung während des Andockvorgangs zu gewährleisten.

Welche Herausforderungen ergeben sich bei der Verwendung von Elektromagneten am Endeffektor in Bezug auf die Sensorik des Cubesats?

Die Verwendung von Elektromagneten am Endeffektor kann Herausforderungen in Bezug auf die Sensorik des Cubesats mit sich bringen. Elektromagnetische Felder können die Genauigkeit von Sensoren wie Magnetometern beeinträchtigen, die häufig für die Navigation von Cubesats verwendet werden. Die Magnetfelder der Elektromagneten könnten die Messungen der Magnetometer stören und zu ungenauen Navigationsdaten führen. Dies erfordert eine sorgfältige Platzierung der Sensoren und eine Abschirmung gegen externe Magnetfelder, um die Genauigkeit der Navigation des Cubesats sicherzustellen. Darüber hinaus müssen mögliche Interferenzen zwischen den Elektromagneten und anderen elektronischen Komponenten des Cubesats berücksichtigt und minimiert werden, um die ordnungsgemäße Funktion des Satelliten sicherzustellen.

Wie könnte das Konzept des Andocksystems auf größere Satelliten oder andere Raumfahrzeuge übertragen werden?

Das Konzept des Andocksystems könnte auf größere Satelliten oder andere Raumfahrzeuge übertragen werden, indem die Größe und Kapazität des Systems entsprechend angepasst werden. Für größere Satelliten könnten robustere und leistungsfähigere Aktuatoren und Mechanismen erforderlich sein, um das Gewicht und die Größe der Raumfahrzeuge zu bewältigen. Die Skalierbarkeit des Andocksystems könnte durch die Verwendung von zusätzlichen oder verstärkten Gelenken und Strukturen erreicht werden, um die erforderliche Stabilität und Tragfähigkeit zu gewährleisten. Darüber hinaus könnten größere Raumfahrzeuge zusätzliche Sicherheits- und Redundanzmaßnahmen erfordern, um einen zuverlässigen und sicheren Andockvorgang zu gewährleisten.