Ny patenteret opfindelse stabiliserer, roterer satellitter

Mange satellitter er i rummet for at tage billeder. Men en vibrerende satellit, som et kamera i rystende hænder, kan ikke få et skarpt billede. Peger den på et præcist sted for at tage et billede eller udføre en anden opgave, er en anden vigtig funktion, der kræver nøjagtighed. Vedant, en doktorgradsstuderende i rumfartsingeniør ved University of Illinois i Urbana-Champaign arbejdede på en måde at eliminere vibrationer på en satellit, da han opdagede, at hans opfindelse også kunne rotere satellitten.

"Vi udviklede, med NASA's Jet Propulsion Lab, en måde at udligne vibrationerne fra en satellit ved at vibrere solpanelerne i den modsatte retning - aktiv støjreduktion, " sagde Vedant. "Efter at have udviklet en matematisk model og brugt tilfældige input, Jeg indså, at jeg kunne få satellitten til at bevæge sig væk fra det oprindelige hvilested, hvilket var uventet. Ved yderligere analyse, Jeg opdagede, at der eksisterede en ny funktion i systemet – ud over vibrationsisoleringen, den kan faktisk rotere satellitten i rummet vilkårligt."

Vedant forklarede, at i rummet, du har kun evnerne til at kaste masser rundt, kun bruge satellittens indre kræfter til at bevæge sig. Han sammenlignede de kontrollerede bevægelser af satellittens solpaneler med de bevægelser, en kat foretager, når den falder for at lande på sine fødder – vrider kroppen ved at strække benene ud, og derefter trække dem godt ind.

"Solpanelerne er lange og fleksible, " sagde Vedant. "Hvis du svinger en ned, det vil rotere dit rumfartøj med en lille vinkel. Når du kontraherer det, det burde slet ikke ændre vinklen, fordi det bare er en sammentrækning. Men, Jeg ændrer også længden af ​​solpanelet - det ændrer inertimomentet, hvilket flytter den lidt anderledes tilbage. Og hvis du gør dette gentagne gange, du kan derefter begynde at tilføje disse vinkler. Det er det nye ved disse multifunktionelle strukturer til attitudekontrol."

Vedant beskrev, hvordan han først erkendte potentialet til at rotere satellitten. For det originale projekt med JPL, der var en opsøgende komponent, så Vedant lavede et spil, som STEM-elever kunne spille.

"Jeg tilknyttede det til tastaturtasterne, så hver tast fik den til at svinge i én retning, " sagde han. "Jeg trykkede på tilfældige taster for at se, om systemet virker eller ej, og det gjorde noget meget usædvanligt. Det holdt op med at ryste, men i stedet for at flytte tilbage til sin oprindelige position, den flyttede til et andet sted og stoppede. Jeg troede, det var en matematisk fejl. Så jeg gravede mere i det. Og det viste sig at være en ny måde at flytte panelet på."

Vedant sagde, at U af I har opnået patent på sin opfindelse. Siden den blev offentliggjort i begyndelsen af ​​februar, der har været en bølge af interesse for det fra virksomheder, der designer, bygge, og opsende satellitter.

Han lavede en video af prototypen, som blev lavet af en 3-D printer.

"Min næste indsats er at lave noget, der er mere realistisk og kan flyve i rummet, " sagde Vedant. "Vi vil også se på måder at integrere elektronikken i solpanelerne, for at spare på volumen og vægt."

Vedant planlægger at fortsætte med at udvikle teknologien og i sidste ende licensere den til virksomheder. Han modtog en kandidatgrad i rumfartsteknik i 2018. Hans doktorgradsrådgiver er James Allison i Department of Industrial and Enterprise Systems Engineering i Illinois og et tilknyttet fakultetsmedlem med Dept. of Aerospace Engineering. Vedants medrådgiver er Alexander Ghosh.

Et papir om dette arbejde, "Multifunktionelle strukturer til attitudekontrol, " af Vedant og James T. Allison er udgivet i Proceedings of the ASME 2019 Conference on Smart Materials, Adaptive strukturer og intelligente systemer.