消除卫星上的振动排放

在空间技术领域，瑞士电子与微技术中心 (CSEM) 多年来一直是欧洲航天局 (ESA) 的合作伙伴。他们共同研究的重点之一是消除源自卫星上的组件的振动排放。除了限制卫星姿态控制的精度外，这些微振动会导致更高的能量消耗，并且（在成像任务的情况下）会导致图像质量下降。

有不同的方法可以在源头或有效载荷处对抗不需要的振动。作为探索不同方法的一部分，CSEM 目前有几个项目专注于数值模型、主动-被动缓解和基于算法的缺口。在其中一个项目中，CSEM 及其合作伙伴正在使用一种基于磁悬浮的创新技术。

“在奇石乐测量技术的支持下，我们检查了带有磁轴承的反作用轮原型，”CSEM 微振动设备负责人 Leopoldo Rossini 说。 “这项来自瑞士公司 Celeroton 的技术具有许多优势，例如无摩擦、几乎无限的使用寿命、通过控制主动抑制不需要的振动的可能性，以及在更高速度下实现更高性能的机会，”Rossini 补充道。

CSEM 工程师使用奇石乐的测量链来检查反作用轮原型的振动。定制测功机包括四个三分量力传感器，夹在两块钢板之间——这种设计可实现最大的机械刚度。该测量仪器安装在一个悬挂在四个气动隔离器上的花岗岩块上，以尽可能消除环境影响。

由于微振动发生在毫牛顿范围内，因此需要具有非常低噪音的高灵敏度测量链。步进电机和低温冷却器等执行器可以放置在仪器台上以执行所需的测量。

对于磁悬浮反作用轮原型，涵盖了 –20,000 至 20,000 rpm 的速度范围。这允许全面表征能够抑制操作期间产生的主要振动的多谐波力抑制算法的有效性。 CSEM 研发工程师 Guzmán Borque Gallego 表示：“由于磁悬浮而缺乏物理接触带来了一些非常有趣的机会。” “它让我们几乎可以自由地以使振动最小化的方式定位转子——例如，通过让转子围绕其惯性主轴旋转以抑制与转子不平衡相关的任何振动，从而将这些排放减少到接近零，”他说。

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“奇石乐的设备非常理想，它为我们提供了非常高质量的结果，”Borque Gallego 说。 “我们正在测量毫牛顿范围内相当小的力——但即使在微牛顿范围内，我们仍然可以看到差异。这样可以轻松判断所有测量结果，从而在此过程中获得高质量的数据。”

数据采集​​由快速原型系统处理，频率为 20 kHz，由于测量准确，可以清楚地识别控制算法的效果。

尽管研究人员最初打算使用带数字输出的现代 LabAmp 5167A，但他们最终选择了奇石乐的 5080A 电荷放大器，它可以实现更精确的测量，并且由于模拟信号传输而具有更高的实时性。

“我们很高兴在这里拥有新的奇石乐技术，因为我们在欧空局和德国的合作伙伴也将其用于认证目的，”罗西尼补充道。 “该设备非常坚固，即使在超出给定限制的压力下也不会发生故障。现在它已经证明了它的能力，我们肯定会将它用于振动表征领域的未来项目——我们已经在使用奇石乐的加速度计。”

“磁轴承反作用轮的优势是显而易见的：它们可以产生比传统轮低得多的振动和更快的旋转——这意味着提高了性能，同时减小了尺寸和重量。由于没有摩擦，没有磨损，车轮的使用寿命几乎是无限的，”Borque Gallego 说。 “这是一个引人入胜的项目，我们希望继续进行下一步：与我们的合作伙伴一起进行实际使用、测试甚至验证。”

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