Adams+CATIA立方体卫星可展开磁强计机构设计与制作(4)

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图 1.3 QB50 任务对 90-380km 大气区探测图 1.4 50 颗立方星同时发射进入轨

目前国内共有 7 所高校或研究所参与 QB50 项目，分别是南京理工大学、上海小卫星研究所、浙江大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学、西北工业大学、北京航空航天大学。我校于 2012 年 6 月加入该项目，根据项目需求，要研制一颗双单元立方星 NJUST-1，用于完成低热层大气在轨探测任务，验证星间组网和通信技术，验证自主研制的部组件以及卫星总体技术。现在，我校的纳卫星教研室已经成功建立了 VHF/UHF 地面站系统，可以实现卫星在轨后的测控管理和数据传输。

NJUST-1双单元立方星平台总体包含七个分系统：电源、通信、姿态确定与控制、星务计算机、结构、热控和软件(包括姿控系统软件和星务方面管理软件)，卫星平台系统和载荷组成如图1.5所示。

鞭天线图 1.5 卫星系统组成

1.2 磁强计及其可展开机构模块概述

1.2.1 磁强计概述

磁强计，矢量型磁敏感器，通常指的是测量给定方向磁感应强度的仪表。它是根据小磁针在磁场的影响下会产生偏转与振动的原理制成的。对于给定的电阻为R的闭合回路来讲，只要能够测出流经此回路的电荷Q，就可以反推出此回路内磁通量的变化。

20 世纪 30 年代初，出现了利用磁性材料自身磁饱和特性的磁通门磁强计。

超导结隧道效应的证实使磁场测量的下限达到了 10-15 T。近代以来，随着对自然现象的物理定理和物质的物理效应的有效利用，加之半导体和电子技术的飞速发展，应用各种磁效应进行磁场测量的方法有了很大的进步，各种磁强计应运而生。

磁强计在空间中的应用要追溯到1958年，当时磁通门磁力仪被应用与于苏联人造地球卫星三号的定位。卫星搭载的磁强计往往作定位或者科学研究使用。定

本科毕业设计说明书第 5 页

位磁强计常与姿态确定及卫星在轨稳定系统相结合。为进行诸如卫星地磁场的测量等科学实验，科学级磁强计应运而生。磁性测量在高能粒子与等离子体在空间中的行为以及地磁场的绘制中是一个重要的工具。在不良空间环境和磁场风暴中，高能粒子会对地磁场模式产生影响。因此，磁性测量目的在于对此种空间环境影响的理解[7]。

在本文中，我们所针对的卫星为我校自主研发的立方星，这是一种低轨小卫星。对于这类低轨小卫星，有着丰富的地磁场资源可以利用，同时又要求轨道确定系统重量轻、功耗低、可靠性高而成本低[8]。故选用了三轴磁强计，这是一种可靠、低成本的姿态敏感期。通过卫星所在位置的地磁场强度的测量值与国际地磁场模型（IGRF）之间的差异来提供导航信息，利用推广的卡尔曼滤波技术来确定卫星的轨道，仿真研究的结果验证了该方法的可行性[9]。论文网

1.2.2 磁强计的展开机构

英国帝国理工学院航空系与物理系之间有一个合作项目，该项目旨在发射一颗可以精确测量地球磁场强度的立方体卫星。因此，在操作过程中，磁强计需要远离飞船主体来避免内部磁场的干扰。在该项目中，他们设计了一套可展开的分段式吊杆装置，这套装置可将磁强计放置在离立方体卫星一米远的地方。该装置采用了带弹簧铰链的六角手风琴形的折叠设计，其展开臂的设计与量化相关的数值与参数分析在发表的论文中均有给出（如图 1.6）[10]。