Когда вы наблюдаете за небом в ясную ночь, мерцающие объекты, которые вы видите, могут быть не только звездами, но и искусственными спутниками. Эти орбитальные космические аппараты, которые иногда можно увидеть с Земли, бывают разных размеров: от больших телекоммуникационных и телевизионных спутников до небольших научных спутников, которые служат космическими лабораториями. Измерительные приборы, которые они имеют на борту, отправляют данные исследователям на земле для использования в различных проектах.
Примером может служить спутник TET, который ученые используют для проверки способности новых измерительных систем выдерживать суровые условия космических миссий. Если они пройдут эти испытания, их можно будет использовать в других малых спутниках.
Одной из таких систем является гироскоп, разработанный исследователями из Института надежности и микроинтеграции им.
Фраунгофера IZM в Берлине в сотрудничестве с инженерами Astro- und Feinwerktechnik Adlershof GmbH. Спутники используют гироскопические датчики для определения их ориентации относительно их орбитального положения в качестве резервной системы, если их звездный трекер не работает или если видимость звезд ухудшена. Такие системы ориентации требуют как минимум трех гироскопов, по одному на каждое направление движения.
Они измеряют скорость вращения спутника и вычисляют его ориентацию на основе самых последних достоверных данных, предоставленных звездным трекером.
Гироскопы должны выдерживать экстремальные колебания температуры, встречающиеся на низкой околоземной орбите, где температура колеблется от минус 40 до плюс 80 градусов Цельсия, без повреждений и оставаться работоспособными в течение нескольких лет, несмотря на высокую солнечную радиацию. Еще одно требование — они должны быть как можно меньше и легкими, потому что грузоподъемность ограничена, и каждый грамм, сэкономленный на стартовой площадке, немедленно приводит к снижению затрат. Наконец, гироскопы должны быть энергоэффективными, потому что у микроспутников есть только крошечная солнечная панель для выработки необходимой им энергии.
Не больше кошелька
«Наш гироскоп выдерживает суровые условия космоса, а также значительно меньше, легче и потребляет меньше энергии, чем сопоставимые решения», — говорит Михаэль Шайдинг, управляющий директор Astro- und Feinwerktechnik Adlershof GmbH. Вместо обычных 7.5 килограммов, вес чуть меньше одного килограмма. И ученые также значительно сократили его объем.
В то время как аналогичные устройства обычно имеют размер обувной коробки, размер нового гироскопа составляет всего 10 на 14 на 3 сантиметра, т.е.е. не больше кошелька. Конечная цель исследователей — снова вдвое уменьшить размер системы.
Еще одним преимуществом является то, что он требует примерно вдвое меньше энергии, чем сопоставимые устройства.
Как исследователи достигли этого результата? Чтобы выяснить это, необходимо заглянуть внутрь волоконно-оптического гироскопа. Его основным компонентом является волоконная катушка, сердцевина, на которую намотано от одного до двух километров волокна.
Чем длиннее волокно, тем точнее гироскоп. «Мы уменьшили длину волокна до 400 метров, но все еще можем получить тот же уровень точности», — говорит Маркус Хейманн, исследователь из IZM. «Для этого мы выбрали более эффективные оптические компоненты.«Точки сращивания между различными волокнами, которые соединяют источник света, детектор и катушку, также были оптимизированы. Ученые представят свой прототип на выставке Sensor + Test в Нюрнберге с 3 по 5 июня (зал 12, стенд 12-537).
Посетители могут проверить, насколько точно гироскоп определяет скорость вращения, заставляя его вращаться на поворотном столе.
