Bennen die folgenden Elemente des Boeing HS-601 Communication Satellite
Welche Aufgabe hat das Thermal Control System (TCS) in einem Satelliten?
Regelung der temperatur der vorhandenen Komponenten innerhalb der Betriebsgrenzen, in Abhängigkeit der einfallenden Strahlungsarten und -intensitäten
Welche Aufgabe das das Electric Power System (EPS) in einem Satelliten?
Generierung, Speicherung und Verteilung von elektrischer Leistung.
Welche Aufgabe hat das Telecommunication (COM) System in einem Satelliten?
Datentransfer zur Bodenstation.
Mit welchem System wird die Lage des Satelliten/Raumfahrzeug im 3D-Raum erfasst und geregelt?
Attitude Control System (ACS)
Welche Aufgabe haben die Orbital Mechanics (ORB) in einem Satelliten?
Bestimmung und Berechnung der für die Mission benötigten Trajektorien sowie der zugehörigen Geschwindigkeitsimpulse
Welche Aufgabe das Porpulsion-System (PROP) in einem Satelliten?
Ausführung von translatorischen und rotatorischen Geschwindigkeitsänderungen, s. ACS (Attitude Control System) & ORB (Orbital Mechanics)
Was ist der Unterschied zwischem dem Attitude Control System (ACS) und dem Orbital Mechanics - System (ORB)?
ACS:
“Attidue” -> “Lage, Orientierung”
ORB:
“Orbit” -> “Position, Trajektorie”
Wofür benötigt ein Satellit eine Lagereglung? Nenne einen Grund.
Ausrichtung von Antennen, Senosren in Richtung Zentralkörper (z. B. Erde)
Ausrichtung der Solarpanels in Richtung Sonne
Ausrichtung von Schubdüsen in Richtung der gewünschten Bahnänderung
Zeichne den Aufbau eines Regelkreises zur Lagereglung eines Spacecraft ein.
Nenne drei wesentliche Störkräfte und Momente imerdnahen Orbit.
Sonnendruck
Auftreffende Photonen - Impulssatz
Gravitationsgradient
Erdmagnetfeld
indzuierte Magnetfelder erzeugen Störkräfte und -momente
Aerodynamischer Widerstand
Bis ca. 800-1000 km Höhe
Interne Störmomente
Massenverlagerung (Treibstoff, bewegliche Teile (Antennen)
Nenne je einen Sensor zur Messung der Lage über ein direktes-, indirektes- und Inertial-Verfahren.
Direkt:
Sternsensor
GNSS-Lagemessung
Indirekt:
Magenetometer
Erdsensor
Sonnensensor
Inertial
Gyroskop, Kreisel
Was spricht für die Lagemessung über einen indirekten-Sensor?
einfaches Verfahren
hohe Zuverlässigkeit
Was muss zur Lagebestimmung über ein Magnetometer bekannt sein? Wie kann das umgesetzt werden?
Die Position des Satelliten im Orbit. Lässt sich mit Hilfe einer Datenbank die Richtung des Erdmangetfeldvektor im Inertialsystem ermitteln und somit die Winkel zwischen Satelliten- und Inertialsystem.
Wie wird die Lage eines Spacecrafts mittels Magnetometer gemessen?
Bestimmung der Magenetfledstärke entlang einer Richtung.
Drei unterschiedlich ausgerichtete Magnetometer bestimmen den 3D-Vektor des Magnetfledes im satellitenfesten KOS.
Bei bekannter POS d. Satelliten kann Lage berechent werden.
Wo und aus welchem Grund wird das Magnetometer am Satelliten positioniert?
Anbringung häufig an einem Auslegerarm, um den Einfluss der Magnetfelder des Satelliten zu minimieren.
Welches ist das geläufige Prinzip zur Messung von Magentfeldern in einem Magnetometer? Erläutere dies kurz
Das Fluxgate-Prinzip:
2 Spulen (driving unit, sensing unit) werden um einen gemeinsamen Kern gewicketl
Driving Unit - Elektrischer Strom anliegend
Wechselstrom über Kern in “sensing unit” induziert
Hintergrund- bzw. Erdmagnetfeld beeinflusst Stromstärke in “Sensing Unit”.
Wie funktioniert die Lagemessung über Sonnensensoren?
Messung der Richtung des einfallenden Sonnenlichts
Zwischen welchen Senortypen wird bei Sonnensensoren unterschieden, was sind deren Eigenschaften?
Coarse Sun Sensors:
Vergleich vonv erschiedneen an den Außenflächen angebrachten Fotozellen
Messen Beleuchtungsstärke
einfach, kostengünstig ABER ungenau
Fine Sun Sensors:
optisches System - Schlitzmaske
-> dünner Lichtstrahl
Messung mittel Fotozelle oder CCD-Chip
Messung des Einfallswinkel
Welche Nachteile haben Fine Sun Sensoren?
Höhere Masse (1kg vs. 0,02 kg Coarse Sun Sensor)
beschränktes Sichtfeld (+- 60°)
Wie funktioniert ein Erdsensor zur Messung der Lage des Spacecrafts?
Erfassung des Erdhorizont und Bestimmung des Nadir (Erdlot)
optische Messung -Infrarot-(IR-) Bereich
Übergang zw. kalter Weltraumhintergrundstr. und warmer Erdstrahlung = Horizont
Wie funktioniert die Lagebestimmung über Sternensensoren?
Bestimmung der Lage durch optische Identifikation eines Sternenmusters
min. 2 Sterne benötigt. -> mehr Sterne = höhere Genauigkeit
Zwischen welchen beiden Sensoren unterscheidet man bei Erdsensoren und was zeichnet diese aus?
Static earth sensors:
begrenztes Sichtfeld -> nur auf Kreisorbit
jahreszeit-bedingte Schwankungen möglich (IR-Strahlung in Atmosphäre schwankt)
Scanning earth sensors:
Sichtfeld entland def. Kurve bewegt.
kleineres Sichtfeld -> höhre Auflösung = höhere Genauigkeit
schwere (3,5 vs 0,2 kg)
Welcher Sensor ist der meist verwendet zur Lagebestimmung und aus welchen Gründen?
Hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit
-> Sternensensoren.
Wie werden die Momente für eine Lageänderung unterschieden und wie definieren sie sich?
Äußere Momente
Austausch der Momente mit der Umgebung
Innere Momente
Momente verbleiben im Satelliten
Nenne je ein Beispiel für die Nutzung von äußeren und inneren Momente.
Äußere Momente -
Gravitationsgradientenstabilisierung - Ausnutzung eines äußeren Kraftfeldes
Magnetorquer - Ausnutzung eines äußeren Kraftfeldes
(Lage-)Triebwerke - Massenaustausch
Innere Momente - Umschichtung des Dralls innerahlb des Satelliten, Gesamtdrall bleibt im Inertialsystem konst.
Reaktionsrad
Rallrad
Control Momentum Gyor (CMG)
Warum steigt in den letzten Jahrzehnten die Bedeutung der CMGs (Control Momentum Gyro, Momentenkreisel) gegenüber den Reaktions-/Drallräderan?
Gute Skalierbarkeit der CMGs
Zähle drei Lageaktuatoriken auf.
Reaktions-/Drallrad
CMG (Control Momentum Gyru, Momentenkreisel)
Magnetorquer
(Lage-)Triebwerke
Welche Besonderheiten weisen Lagetriebwerke in Satelliten auf, um reine Momente und keine translatorischen Kräfte aufzubringen? Wie viele Triebwerke sind demnach für ein 3-Achsen System notwendig?
Werden immer paarwareise angebracht
12 Triebwerke
Welche Treibstoff-Art nutzen Treibwerke von Trägersystemen (Rakententriebwerek) in der Regel?
Diergole Treibstoffe (Zweistoffsysteme)
z. B. LOx/LH2 (flüssiger Sauerstoff/Wasserstoff)
Welche Treibstoff-Art nutzen Treibwerke zur Lageregelung in der Regel?
Monergole Treibstoffe (Einstoffsysteme)
exotherme chemische Reaktion durch Katalysator ausgelöst, z. B. Hydrazin (N2H4)
Welche alternative Antriebsart gibt es für Triebwerke zur Lageregelung?
Betrieb der Düse mit komprimierten Gas (ohne chem. Reaktion, Kaltgasantrieb)
Meist wird Stickstoff verwendet
Wann spricht man von einem hypergolen System?
Falls die chem. Reaktion spontan (ohne Energiezufuhr bzw. Zündung) abläuft.
Z. B. mi Salpetersäure
Wie können Satelliten mit der Umgebung Wärme austauschen?
Nur in Form von Strahlung (Radiation)
Nicht mit Wärmeleitung (Konduktion) oder Wärmeströmung (Konvektion), da Atmosphäre fehlt.
Wie wird die Satellitentemperatur zum Regeln des Thermalhaushalt des Satelliten berechnet?
Bildung eines Gleichgewicht von
eingestrahlter Leistung,
abgestrahlter Leistung und
interner Leistung
Welches Modell wird zur detaillierten Berechnung der Satellitentemperatur verwendet?
Das Knotenmodell, bei welchem die Gesamtoberfläche des Satelliten in Einzelflächen aufgeteilt wird.
Welche Faktoren sind beim Berechnen der detailliterten Satellitentemperatur mittels des Knotenmodells mit berücksichtigt werden? Nenne zwei Beispiele.
Wärmeleitung (Konduktion) innerhalb des Satelliten
Reflexionen/Albedo zwischen winklig angeordneten Oberflächen
Zeitabhängige Verläufe, Tag/Nacht
Zähle 2 Satellitenkomponenten auf und nenne ihre Eigenschaften bezüglich ihrer Betriebstemperaturen.
Batterien:
besonders kleiner Temperaturbereich
Elektroinik und Treibstofftanks
ebenfalls kleiner Temperaturbereich
Sensorik (z. B. IR-Kameras)
teilweise sehr niedrige Temperaturen benötigt, daher eigenes Kühlsystem
Solarpanele
Großer Temperaturbereich
Welche Kühlsysteme sind besonders effizient in der Raumfahrt und warum?
2-Phasen-Kühlkreisläufe
Durch Verdunstung/Kondensation wird viel Wärme (bei annährend konst. Temp.) übertragen
Ohne Gravitation jedoch schwierig die zwei Phasen zu trennen (Ansaugproblem Pumpen etc.)
Welches Problem haben Kühlsysteme in Satelliten und welche Lösung gibt es da für Zweiphasensysteme?
Unter (quasi-) Schwerelosgkeitsbedingungen arbeiten:
Zweiphasensystem:
Lösung:
Heapipes, Nutzung des Kapillareffekt
Wie hoch ist der Unterschied zwischen den Wärmekapazitäten von 1-Phasigen und 2-Phasigen Kühlsystemen?
Faktor: 500
4,18 kJ/(kg K)
2453 kJ/(kg K)
Wodurch ist die Kühlleistung bei großen Kapillarstrecjen begrenzt und wie kann dies gelöst werden?
Durch den Strömungswiderstand der Kapillare
Lösung: Loop Heat Pipe (LHP)
Welche Verlustleistungen haben heutige Loop Heat Pipe (LHP) Systeme für Satelliten?
Bis ca. 2 kW
Wie sind Radiatoren normalerweise aufgebaut?
Zweischichtiger Aufbau
Transparente Decksicht mit gutem Emissionsverhalten (z. B. Quarz)
Spiegelne Unterschicht mit gutem Reflexionsverhalten -> “SSM”: Second Surface Mirror
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