最小化卫星振动提升任务性能
在空间技术领域，瑞士电子与微技术中心（CSEM）多年来一直是欧洲空间局（ESA）合作伙伴。联合研究重点之一是消除卫星上组件产生的振动发射。除限制卫星姿态控制精度外，这些微振动还导致能耗增加，且（成像任务中）造成图像质量下降。
抑制振动可在源头或有效载荷端采取不同方式。作为探索不同方法的一部分，CSEM 目前有多个项目聚焦数值模型、主动-被动缓解、算法陷波。其中一项目中，CSEM 及合作伙伴采用基于磁悬浮的创新技术。
“在 Kistler 测量技术支持下，我们测试了磁轴承反应轮原型，”CSEM 微振动实验室负责人 Leopoldo Rossini 说。“Celeroton 这家瑞士公司的技术优势众多：无摩擦、近乎无限寿命、可通过控制主动抑制不需要振动、在更高转速下实现更高性能。”
CSEM 工程师使用 Kistler 测量链检测反应轮原型振动。定制测功计由四个三分量力传感器夹层安装在两块钢板间——实现最大机械刚度。测量仪器安装在四个气动隔振器悬浮的花岗岩基座上，尽可能消除环境影响。
因微振动处于毫牛顿量级，需极低噪声的高灵敏测量链。步进电机、低温制冷机等执行器可置于仪表台进行所需测量。
磁悬浮反应轮原型覆盖 -20,000 至 20,000 rpm 转速范围。这允许全面表征多谐波力抑制算法抑制运行主振动的有效性。“磁悬浮无物理接触开启有趣可能，”CSEM 研发工程师 Guzmán Borque Gallego 说。“我们几乎可自由定位转子以最小化振动——例如让转子绕主惯性轴旋转抑制转子不平衡相关振动，将这些发射降至近零。”
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“Kistler 设备理想，提供极高质量结果，”Borque Gallego 说。“我们测量毫牛顿级微小力——甚至微牛顿级仍能分辨差异。这使所有测量判读舒适，获得高质量数据。”
数据采集由 20 kHz 快速原型系统处理，得益于精确测量，控制算法效果清晰可辨。
研究者初拟用现代数字输出 LabAmp 5167A，最终选用 Kistler 5080A 电荷放大器，因其测量更精确，模拟信号传输实时性更强。
“很高兴有新 Kistler 技术，因为 ESA 和德国合作伙伴也用于资质认证，”Rossini 补充。“设备极其鲁棒，甚至超负荷未损坏。现已证明能力，未来将用于振动表征领域更多项目——我们已在用 Kistler 加速度计。”
“磁轴承反应轮优势明显：产生振动更低、转速更快——意味着性能提升、尺寸重量减小。无摩擦故无磨损、寿命近乎无限，”Borque Gallego 说。“项目迷人，期望推进至后续步骤：实际应用、测试、甚至与合作伙伴验证。”
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