Schwerpunkt Regelung von Reaktionsrädern

Regelung von Reaktionsrädern



Reaktionsrad RW 250

Bild: DLR/ASTRO

Reaktionsräder werden benötigt, um einen Satelliten zu drehen. Dabei wird die Erhaltung des Drehimpulses ausgenutzt. Jeder rotierenden Masse- zum Beispiel der Schwungmasse eines Reaktionsrades – kann man einen Drehimpuls zu ordnen, der proportional zur Drehgeschwindigkeit [Umdrehungen/ Minute] und zum Trägheitsmoment der Schwungmasse um die Drehachse [kg * m²] ist. Befindet sich in einem Satelliten solch ein Rad mit Schwungmasse, bleibt der Gesamtdrehimpuls, also die Summe aus dem Drehimpuls der Schwungmasse und des sich drehenden Satelliten konstant (wenn man von äußeren Störungen absieht).

Ein ruhender Satellit gerät deshalb in eine Drehbewegung, wenn man in seinem Inneren ein Schwungrad in Bewegung versetzt. Rad und Satellit drehen sich entgegengesetzt. Nach dem Prinzip „actio = reactio“ stößt sich das Schwungrad am Satelliten ab wenn es startetund versetzt ihn damit selbst in eine Gegenbewegung.

Reaktionsrad RW 90

Bild: DLR/ASTRO

Während auf der Erde aufgrund der allgegenwärtigen Reibung jede Bewegung ohne weitere äußere Kräfte irgendwann zum Stillstand kommt, fehlt diese Bremse im Weltraum. Ein Satellit steht nie wirklich still. Selbst kleinste Kräfte führen mit der Zeit immer zu einer merklichen Bewegung des Satelliten und der Zustand, dass sich alle Kräfte zufällig dauerhaft kompensieren, ist einfach extrem unwahrscheinlich.

Man kann die Restbewegung des Satelliten aber in bestimmten Grenzen halten, wenn man gezielt ständig gegen sie arbeitet, indem man zum Beispiel ein Schwungrad ständig beschleunigt oder abbremst.

Für diese Aufgabe werden Reaktionsräder benötigt. Sie sollen durch Beschleunigen ihrer Schwungmasse ein Drehmoment auf den Satelliten einwirken lassen. Da der Satellit immer die Gegenbewegung macht, beeinflusst die Genauigkeit der Reaktionsradbewegung am Ende die Genauigkeit, mit der ein Satellit z.B. eine Orientierung halten oder einnehmen kann. Diese Reaktionsräder bestehen in der Regel aus einem Elektromotor, einer Schwungmasse und einer Ansteuerelektronik. Im Zusammenhang mit optischen Systemen im Satelliten, entstehen auch besondere Anforderungen an die Güte der Reaktionsräder.

Die Kompetenz bestehtdarin, die Anforderungen an Reaktionsräder ableiten zu können, verfügbare Räder bewerten zu können und auch selbst die Algorithmen zur Steuerung der Reaktionsräder zu spezifizieren, zu entwerfen und zu implementieren.Dies geschieht in enger Zusammenarbeit mit industriellen Herstellern.

 

 


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Dipl.-Ing. Elektrotechnik Wolfgang Bärwald
German Aerospace Center

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, Optical Sensors and Electronics
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