Sensori ed attuatori per il controllo d'assetto

1) Sensore di Sole :

Utilizza materiali che emettono una corrente quando illuminati da radiazione solare, dal valore delle correnti emesse si può determinare l'angolo di incidenza sul materiale, vengono utilizzati per orientare i pannelli solari.

Si hanno le seguenti varianti:

• Sensore di presenza di Sole: utilizza almeno due rilevatori posti angolati uno di fronte all'altro, l'informazione risultante è binaria, il Sole c'è o non c'è
• Sensore di posizione di Sole :
  • Analogici : utilizzano due fotocellule inclinate di un angolo rispetto alla verticale, con 4 fotocellule si ha la posizione nello spazio
  • Digitali : con delle strisce di fotocellule opportunamente schermate i ottengono dei codici, quando il sole le illumina si ottiene una corrente dalla quale si desume il valore dell'angolo

2) Sensore di Terra :

Si basano su rilevatori ad infrarossi che vanno a rilevare la differenza di temperatura tra lo spazio profondo che si trova a circa 4K ed il calore dell'atmosfera terrestre. Vi sono due possibilità:

Individuare due corde che tagliano la circonferenza della Terra, da questi valori si calcola il centro della Terra

Con due diametri opposti si calcola la differenza dei segnali ai rami opposti e quando è 0 si ha che il satellite vede la Terra

3) Sensore di campo magnetico :

Misuro il campo magnetico facendo ruotare un avvolgimento e misurando la corrente indotta in esso dal campo magnetico terrestre, il valore viene poi confrontato con quello di un modello matematico, se ne ottengono risultati scarsamente precisi pertanto questa tipologia di sensore va utilizzata insieme ad altri sensori.

4) Sensore di stelle :

Sono molto precisi, confrontano l'immagine del cielo stellato con una mappa di riferimento, considerano una stella campione come zero e ricavano l'informazione sull'assetto, si hanno due varianti:

• Star tracker: il satellite si muove ed anche il sensore di stelle in modo da puntare sempre nello zero la stella di riferimento.
• Star Mapper: Il sensore è fisso e ricostruisce la mappa del cielo osservato

5) Ricevitore GPS :

Occorre utilizzare 3 antenne disposte opportunamente e che ricevano segnali da due diversi satelliti GPS.

6) Sensori giroscopici :

• Meccanici
• Laser
• Piezoelettrici

7) Razzi per il controllo d'assetto :

Il controllo d'assetto richiede spinte molto basse, dell'ordine dei mN allora non si possono utilizzare i motori chimici i quali danno spinte di almeno 1N , si utilizza la propulsione elettrica, in particolare un campo magnetico accelera un propellente ionizzato il quale viene espulso, occorre anche effettuare la demonizzazione per evitare l'accumulo di cariche sul satellite il quale potrebbe essere distruttivo. I motori ionici sono caratterizzato da un impulso specifico molto elevato, circa 3000s, spinte da millesimi di N ad alcuni  N, ma anche consumi elettrici molto elevati.

8) Ruote d'inerzia e di reazione :

Sono attuatori che si basano su accelerazioni e decelerazioni di rotori, tutte scambiano momento della quantità di moto con il satellite infatti tutte le coppie applicate sulle ruote vengono applicate uguali e contrarie sul satellite. Per una velocità di rotazione detta di sincronismo si ha che la coppia è nulla e che la ruota è satura, per desaturarla occorre frenarla ma staccandola dal satellite, ciò si ottiene tramite dei mazzetti nella ruota i quali forniscono una coppia esterna.

• Ruota di reazione: ha velocità angolare nominale nulla, agisce soltanto in presenza di disturbi
• Ruota di inerzia: ha velocità angolare nominale NON nulla, viene posta in rotazione ad alta velocità intorno al suo asse al fine di garantire una stabilità giroscopica.
• Ruote giroscopiche: non vengono accelerate ma viene fatto ruotare l'asse di rotazione

Si preferiscono le ruote d'inerzia in quanto le ruote di reazione presentano attrito statico necessario a metterle in rotazione inoltre nel momento di attivazione si deve evitare, mediante coppie esterne, che il satellite si metta in rotazione nel verso opposto.

9) Attuatori magnetici :

Generano una coppia inducendo una corrente in una spira immersa nel campo magnetico terrestre. Le coppie che si possono realizzare vanno da 10^-3 Nm a 10^-6 Nm .