Lageregelungssoftware (Bird)
Das Lageregelungssystem des Bird-Satelliten unterscheidet zwischen verschiedenen Lagen, welche er einnehmen kann. Eine Lage kann die Ausrichtung der Solarpaneele auf die Sonne oder die Ausrichtung der Infrarot-Kamera auf den Erdmittelpunkt oder eine andere Position auf der Erdoberfläche sein. Der Wechsel zwischen verschiedenen Lagen wird durch Kommandos der Lageregelungs-software mitgeteilt. Die eigentliche Steuerung erfolgt autonom durch das Lageregelungssystem und kann durch Konfigurations-kommandos an Änderungen der Hardware (Ausfälle oder Alterung) angepasst werden.
Lageregelung mit Reaktionsrädern
Die Regelung der Satellitenlage mit Reaktionsrädern folgt dem physikalischem Prinzip der Impulserhaltung in einem abgeschlossenem System. Wird eine Masse in einem System um eine Drehachse beschleunigt so erfährt die umliegende Masse ein der Beschleunigung entgegen-gesetztes Drehmoment.Reaktionsräder sind daher geeignet, die Rotation eines Satelliten zu speichern.Werden die Drehachsen von vier Reaktionsräder so angeordnet, daß sie die Senkrechten auf den Flächen eines Tetraeders bilden, so kann der Ausfall eines Reaktionsrades durch die verbleibenden drei Reaktionsräder kompensiert werden.Die Lageregelungssoftware muß für die momentane Lage des Satelliten ein Drehmoment berechnen, welches den Satelliten in die gewünschten Ziellage bewegt. Dieses Drehmoment ist entsprechend der Leistungsreserven der verfügbaren Reaktionsräder energiegünstig auf diese aufzuteilen und an die Reaktionsräder zu kommandieren.
Lageregelung mit Magnetspulen
Das Prinzip der Satellitensteuerung mit Magnetspulen beruht auf den Kräften, welche unterschiedliche Magnetfelder aufeinander ausüben. Mit Hilfe von Spulen wird ein magnetisches Dipol erzeugt, welches dann in Wechselwirkung mit dem Erdmagnetfeld ein Dreh-moment auf den Satelliten erzeugt. Der Vorgang ist vergleichbar mit einem Elektromotor in dem das Erdmagnetfeld als Stator agiert.Die Lageregelungssoftware muß die notwendigen elektrischen Ströme für die einzelnen Spulen berechnen, um ein für das Regelungsziel entsprechend ausgerichtetes magnetisches Dipol zu erhalten.
Messen des Erdmagnetfelds
Die Messung eines Magnetfelds beruht auf dem Hall-Effekt. Ein Magnetfeld lenkt sich frei bewegende Elektronen in ihrer Flußrichtung durch die Lorentz-Kraft ab. Daraus resultiert eine messbare Potentialdifferenz an den Seiten eines (Halb-)Leiterstreifen.Durch Anordnung der Leiterstreifen auf den drei Ebenen im Raum läßt sich die Magnetfeldrichtung und -stärke messen. Die Messung ist stark temperaturabhängig.Die Lageregelungssoftware hat bei ausgeschaltetem Magnetspulen-system aus den gemessenen Potentialdifferenzen, der Temperatur und den Kalibrierungsdaten des Magnetfeldsensors einen Magnetfeldvektor und die Magnetfeldstärke zu berechnen. Bei eingeschalteten Magnetspulen wird das Magnetfeld entsprechend der gemessenen Satellitenbewegung und dem letzten gemessenen Magnetfeld vorhergesagt.
Rotationsmessung mit einem Lasergyroskop
Eine Rotation kann mit Hilfe des Sagnac-Effekts gemessen werden. Ein Laserstrahl wird aufgesplittet und beide Strahlen in gegenläufiger Richtung durch einen Ring gesendet. Bei einer Drehung der Messapparatur ändert sich die Weglänge, welche die Strahlen bis zum Detektor zurücklegen. Hierdurch kommt es zu einer Phasenverschiebung der Strahlen zueinander. Aus der Phasenverschiebung läßt sich dann die Rotationsgeschwindigkeit der Messapparatur bestimmen.Die Lageregelungssoftware führt eine Filterung der Messwerte durch und leitet aus den erhaltenen Werten die Rotation um die Satellitenachsen ab.
Lagebestimmung mit einer Sternenkamera
Eine Sternenkamera macht zyklisch Bilder des Sternenhimmels und identifiziert helle Punkte im Bild als Sterne. Die identifizierten Sterne werden nach der Helligkeit, Größe und der relativen Zuordnung zueinander in einem Sternenkatalog gesucht um die Kameraachse und die Drehung um diese Achse zu bestimmen.Die Lageregelungssoftware muß mit der Sternenkamera zu festgelegten Zeitpunkten kommunizieren, um die Lageinformation der Kamera zu erhalten. Diese Lageinformation wird mit Hilfe der Einbaulage der Kamera in das Satellitenkoordinatensystem transformiert.
Ausrichtung zur Sonne bestimmen
Sonnenenergie wird durch Photovoltaikelemente in elektrische Energie umgewandelt. Durch Neigung der Photovoltaikelemente verändert sich die der Sonne zugewandte Fläche und damit auch die auf die Sensorfläche einfallende Sonnenenergie.Die Lagerelungssoftware berechnet aus den gemessenen Spannungen einen Einheitsvektor in Richtung zur Sonne und führt eine Pausibilitätskontrolle des berechneten Vektors durch.