Un magnetorquer o torquer magnético (también conocido como barra de torsión ) es un sistema satelital para control de actitud , desbalanceo y estabilización construido a partir de bobinas electromagnéticas . El magnetorquer crea un dipolo magnético que interactúa con un campo magnético ambiental, generalmente el de la Tierra , de modo que las fuerzas contrarias producidas proporcionan un torque útil .
Los magnetorresistencias son conjuntos de electroimanes dispuestos para producir un campo magnético rotacionalmente asimétrico ( anisótropo ) sobre un área extendida. Ese campo se controla activando o desactivando el flujo de corriente a través de las bobinas, generalmente bajo control de retroalimentación computarizado . Los imanes en sí están anclados mecánicamente a la nave, de modo que cualquier fuerza magnética que ejerzan sobre el campo magnético circundante conducirá a una fuerza magnética inversa y dará como resultado un par mecánico alrededor del centro de gravedad de la nave . Esto hace posible girar libremente la nave en un gradiente local conocido del campo magnético utilizando solo energía eléctrica.
El dipolo magnético generado por el magnetorquer se expresa mediante la fórmula
donde n es el número de vueltas del cable, I es la corriente suministrada y A es el área vectorial de la bobina. El dipolo interactúa con el campo magnético generando un par
donde m es el vector dipolo magnético, B el vector del campo magnético (para una nave espacial es el vector del campo magnético de la Tierra) y τ es el vector de par generado.
La construcción de un magnetorresistencia se basa en la realización de una bobina con un área y un número de vueltas definidos en función de las prestaciones requeridas. Sin embargo, existen diferentes formas de obtener la bobina; así, dependiendo de la estrategia de construcción, es posible encontrar tres tipos de magnetorresistencia, aparentemente muy diferentes entre sí pero basados en el mismo concepto: [1]
Por lo general, se utilizan tres bobinas, aunque pueden ser suficientes configuraciones reducidas de dos o incluso un imán cuando no se necesita un control de actitud total o cuando fuerzas externas como la resistencia asimétrica permiten un control subactuado . El conjunto de tres bobinas suele adoptar la forma de tres bobinas perpendiculares, porque esta configuración iguala la simetría rotacional de los campos que se pueden generar; sin importar cómo se coloquen el campo externo y la nave uno con respecto al otro, siempre se puede generar aproximadamente el mismo par simplemente usando diferentes cantidades de corriente en las tres bobinas diferentes.
Mientras la corriente pase a través de las bobinas y la nave espacial aún no se haya estabilizado en una orientación fija con respecto al campo externo, la nave continuará girando. [ cita requerida ]
Los satélites muy pequeños pueden utilizar imanes permanentes en lugar de bobinas. [ cita requerida ]
Los magnetorresistencias son ligeros, fiables y energéticamente eficientes. A diferencia de los propulsores , no requieren combustible prescindible , por lo que, en teoría, podrían funcionar indefinidamente siempre que haya suficiente energía disponible para igualar la carga resistiva de las bobinas. En la órbita terrestre, la luz solar es una de esas fuentes de energía prácticamente inagotables, que se obtienen mediante paneles solares .
Otra ventaja sobre las ruedas de momento y los giroscopios de control de momento es la ausencia de partes móviles , lo que supone una fiabilidad significativamente mayor.
La principal desventaja de los magnetorquers es que se necesitan densidades de flujo magnético muy altas si se deben hacer girar rápidamente naves grandes. Esto requiere una corriente muy alta en las bobinas o densidades de flujo ambiental mucho más altas que las disponibles en la órbita terrestre . En consecuencia, los pares proporcionados son muy limitados y solo sirven para acelerar o desacelerar el cambio en la actitud de una nave espacial en pequeñas cantidades. Con el tiempo, el control activo puede producir un giro rápido incluso en la Tierra, pero para un control de actitud y estabilización precisos, los pares proporcionados a menudo son insuficientes. Para superar esto, los magnetorquers a menudo se combinan con ruedas de reacción .
Una desventaja más amplia es la dependencia de la intensidad del campo magnético de la Tierra, lo que hace que este enfoque no sea adecuado para misiones en el espacio profundo, y también más adecuado para órbitas terrestres bajas en comparación con las más altas, como la geoestacionaria . La dependencia de la intensidad altamente variable del campo magnético de la Tierra es problemática porque entonces el problema de control de actitud se vuelve altamente no lineal . También es imposible controlar la actitud en los tres ejes incluso si se utilizan las tres bobinas completas, porque el par se puede generar solo perpendicularmente al vector del campo magnético de la Tierra. [3] [4]
Cualquier satélite giratorio fabricado con un material conductor perderá momento de rotación en el campo magnético de la Tierra debido a la generación de corrientes parásitas en su cuerpo y la correspondiente fuerza de frenado proporcional a su velocidad de giro. [5] Las pérdidas por fricción aerodinámica también pueden influir. Esto significa que el magnetorqueador tendrá que funcionar continuamente y a un nivel de potencia que sea suficiente para contrarrestar las fuerzas de resistencia presentes. Esto no siempre es posible dentro de las limitaciones energéticas de la nave.
El Laboratorio de Exploración de Michigan (MXL) sospecha que el CubeSat M-Cubed , un proyecto conjunto dirigido por MXL y JPL , se unió magnéticamente a Explorer-1 Prime , un segundo CubeSat lanzado al mismo tiempo, a través de fuertes imanes integrados utilizados para el control de actitud pasivo, después de desplegarse el 28 de octubre de 2011. [6] Este es el primer enganche no destructivo de dos satélites. [7]
