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Main Title: Efficient and high precision momentum bias attitude control for small satellite
Translated Title: Effiziente und hochpräzise Drallstabilisierung-Lageregelung für kleine Satelliten
Author(s): Mukhayadi, Mohammad
Advisor(s): Brieß, Klaus
Renner, Udo
Referee(s): Brieß, Klaus
Renner, Udo
Montenegro, Sergio
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: The fast-growing of small satellite technology gives advantages and opportunities for developing country with little or no experience in space technology to enter the field of space technology and its application. The ongoing reduction in mission complexity and the costs associated with management, as well as the possibility of launching it as an auxiliary payload on the launcher, have made the small satellite become interesting for the current and future space mission. Indonesian National Institute of Aeronautics and Space, LAPAN, started the small satellite program by developing LAPAN-A satellite series as a strategic approach. The program was arranged by design to cost approach to produce a cost-effective small satellite for several missions such as Earth observation, communication, scientific mission as well as technology demonstration and academic training. Small satellite development could take full advantage of the ongoing technology developments and advances of micro technology for sensors and instruments that lead to further miniaturization of engineering components for dedicated mission. To ensure the success of small satellite mission, the design of attitude control system is very critical and indispensable. Within the small satellite philosophy that is characterized by low mass, small dimensions, low energy consumption, high reliability and less complexity, the attitude control system of LAPAN-A satellite series must work in both equatorial and inclined orbit. These LAPAN-A satellite series implement a momentum bias method to obtain efficient and high precision attitude control. It required the development of a highly integrated pair of three fiber optic gyros and three reaction wheels in the body-fixed axes of the spacecraft to control the spacecraft angle and angular velocity while the star sensor and magnetic coils will responsible for determining and controlling the angular momentum vector. The experiment performed that the attitude control system has met several important aspects in achieving high precision pointing to support current and future advanced mission such as surveillance, remote sensing, celestial object imaging, and the LEO constellation of communications by using momentum bias technique. The reliability and efficiency of the LAPAN-A satellite series attitude control system has been demonstrated by the inclusion of appropriate measurement data discussed in this research paper.
Das schnelle Wachstum der Kleinsatellitentechnologie bietet Entwicklungsländern mit wenig oder keiner Erfahrung in der Weltraumtechnologie Vorteile und Möglichkeiten für den Einstieg in das Gebiet der Weltraumtechnologie und ihrer Anwendung. Die fortlaufende Reduzierung der Missionskomplexität und der mit dem Management verbundenen Kosten sowie die Möglichkeit, sie als zusätzliche Nutzlast mit Trägerraketen zu starten, haben die kleinen Satelliten für aktuelle und zukünftige Weltraummission interessant gemacht. Das Indonesische Nationale Institut für Luft- und Raumfahrt, LAPAN, startete das Kleinsatellitenprogramm mit der Entwicklung der LAPAN-A-Satellitenserie als strategischen Ansatz. Das Programm wurde so konzipiert, dass ein kostengünstiger kleiner Satellit für verschiedene Missionen wie Erdbeobachtung, Kommunikation, wissenschaftliche Mission sowie Technologiedemonstration und akademische Ausbildung hergestellt werden kann. Die Entwicklung kleiner Satelliten könnte die laufenden technologischen Entwicklungen und Fortschritte der Mikrotechnologie für Sensoren und Instrumente voll ausnutzen, die zu einer weiteren Miniaturisierung der technischen Komponenten für spezielle Aufgaben führen. Um den Erfolg einer Kleinsatellitenmission sicherzustellen, ist der Entwurf eines Lageregelungssystems sehr kritisch und unverzichtbar. Innerhalb der Kleinsatellitenphilosophie, die sich durch geringe Masse, kleine Abmessungen, geringen Energieverbrauch, hohe Zuverlässigkeit und geringere Komplexität auszeichnet, muss das Lageregelungssystem der LAPAN-A-Satellitenserie sowohl in der äquatorialen als auch in der geneigten Umlaufbahn arbeiten. Diese LAPAN-A-Satellitenserien implementieren eine Drallstabilisierung, um eine effiziente und hochpräzise Lageregelung zu erhalten. Es erforderte die Entwicklung eines hochintegrierten Paares von drei faseroptische Kreiseln und drei Reaktionsrädern in den körperfesten Achsen des Raumfahrzeugs, um den Winkel und die Winkelgeschwindigkeit des Raumfahrzeugs zu steuern, während der Sternsensor und die Magnetspulen für die Bestimmung und Steuerung des Drallvektors verantwortlich sind. Das Experiment ergab, dass das Lageregelungssystem mehrere wichtige Aspekte bei der Erzielung einer hochpräzisen Ausrichtung erfüllt hat, um aktuelle und zukünftige fortgeschrittene Missionen wie Überwachung, Fernerkundung, Bildgebung von Himmelsobjekten und die LEO-Konstellation der Kommunikation mithilfe der Drallstabilisierung zu unterstützen. Die Zuverlässigkeit und Effizienz des Lageregelungssystems der Satellitenserie LAPAN-A wurde durch die Einbeziehung geeigneter Messdaten demonstriert, die in diesem Forschungsbericht erörtert wurden.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/12188
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-11063
Exam Date: 28-Sep-2020
Issue Date: 2021
Date Available: 15-Jan-2021
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): small satellite
attitude control system
momentum bias
high precision pointing
low earth orbit
kleine Satelliten
Lageregelungssystem
Drallstabilisierung
hochpräzise Ausrichtung
niedrige Erdumlaufbahn
License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
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