Stability of a Magnetically Actuated Satellite towards the Sun on a Sun-Synchronous Orbit

D. S. Roldugin; Ролдугин Д. С.

doi:10.31857/S002342062260026X

Stability of a Magnetically Actuated Satellite towards the Sun on a Sun-Synchronous Orbit

Authors: Roldugin D.S.¹
Affiliations:
1. Keldysh Institute of Applied Mathematics, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Issue: Vol 61, No 2 (2023)
Pages: 134-142
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0023-4206/article/view/137335
DOI: https://doi.org/10.31857/S002342062260026X
EDN: https://elibrary.ru/LUEJWA
ID: 137335

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Magnetically actuated satellite moving on a Sun-synchronous orbit is considered. The satellite maintains one axis attitude towards the Sun while rotating around this direction. Stabilization algorithm utilizes information about the required direction and rotation rate. Evolutionary equations are used to find equilibrium positions and analyze their stability. Conditions on the satellite inertia moments and control parameters are established for different equilibria, including the required motion. Numerical simulation with different disturbing sources is performed to verify stable equilibria existence.

Keywords

Sun stabilization, magnetorquers, magnetic attitude control

About the authors

D. S. Roldugin

Keldysh Institute of Applied Mathematics, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

Author for correspondence.
Email: rolduginds@gmail.com
Россия, Москва

References

Морозов В.М., Каленова В.И. Управление спутником при помощи магнитных моментов: управляемость и алгоритмы стабилизации // Косм. исслед. 2020. Т. 58. № 3. С. 199–207. (Cosmic Research. 2020. Т. 58. № 3. С. 158–166.)
Bhat S.P. Controllability of nonlinear time-varying systems: applications to spacecraft attitude control using magnetic actuation // IEEE Trans. Automat. Contr. 2005. V. 50(11). P. 1725–1735.
Артюхин Ю.П., Каргу Л.И., Симаев В.Л. Системы управления космических аппаратов, стабилизированных вращением. М.: Наука, 1979.
Shigehara M. Geomagnetic attitude control of an axisymmetric spinning satellite // J. Spacecr. Rockets. 1972. V. 9(6). P. 391–398.
Овчинников М.Ю., Ролдугин Д.С., Пеньков В.И. Исследование связки трех алгоритмов магнитного управления угловой скоростью и ориентацией спутника, стабилизируемого вращением // Косм. исслед. 2012. Т. 50. № 4. С. 326–334.
Thomson W.T. Spin stabilization of attitude against gravity torque // J. Astronaut. Sci. 1962. V. 9(1). Paper AAS 9-1-31-3.
Alfriend K.T. Magnetic attitude control system for dual-spin satellites // AIAA J. 1975. V. 13(6). P. 817–822.
Wheeler P.C. Spinning Spacecraft Attitude Control via the Environmental Magnetic Field // J. Spacecr. Rockets. 1967. V. 4(12). P. 1631–1637.
Avanzini G., de Angelis E.L., Giulietti F. Spin-axis pointing of a magnetically actuated spacecraft // Acta Astronaut. 2014. V. 94. № 1. P. 493–501.
de Ruiter A. A fault-tolerant magnetic spin stabilizing controller for the JC2Sat-FF mission // Acta Astronaut. 2011. V. 68(1–2). P. 160–171.
You H., Jan Y. Sun Pointing Attitude Control with Magnetic Torquers Only // Intern. Astronautical Congress. 2006. Paper IAC-06-C1.2.01.
Kim J., Worrall K. Sun tracking controller for UKube-1 using magnetic torquer only // IFAC Proc. 2013. V. 46(19). P. 541–546.
Игнатов А.И., Сазонов В.В. Стабилизация режима солнечной ориентации искусственного спутника Земли электромагнитной системой управления // Косм. исслед. 2018. Т. 56. № 5. С. 375–383. (Cosmic Research. 2018. Т. 56. № 5. С. 388–399.)
Karpenko S.O., Ovchinnikov M.Y., Roldugin D.S., Tkachev S.S. One-axis attitude of arbitrary satellite using magnetorquers only // Cosmic Research. 2013. V. 51. № 6. P. 478–484.
Roldugin D.S., Tkachev S.S., Ovchinnikov M.Y. Satellite Angular Motion under the Action of SDOT Magnetic One Axis Sun Acquisition Algorithm // Cosmic Research. 2021. V. 59. № 6. P. 529–536.
Roldugin D., Tkachev S., Ovchinnikov M. Asymptotic Motion of a Satellite under the Action of Sdot Magnetic Attitude Control // Aerospace. 2022. V. 9(11). Paper 639.
Cubas J., Farrahi A., Pindado S. Magnetic Attitude Control for Satellites in Polar or Sun-Synchronous Orbits // J. Guid. Control. Dyn. 2015. V. 38(10). P. 1947–1958.
Chasset C., Berge S., Bodin P., Jakobsson B. 3-axis magnetic control with multiple attitude profile capabilities in the PRISMA mission // 57th Intern. Astronautical Congress. 2006. Paper IAC-06-C1.2.3.
Белецкий В.В. Эволюция вращения динамически-симметричного спутника // Косм. исслед. 1963. Т. 1. № 3. С. 339–385.
Черноусько Ф.Л. О движении спутника относительно центра масс под действием гравитационных моментов // Прикладные математика и механика. 1963. Т. 27. № 3. С. 473–483.
Белецкий В.В. Движение спутника относительно центра масс в гравитационном поле. М.: Изд-во Московского ун-та, 1975.
Арнольд В.И., Нейштадт А.И., Козлов В.В. Динамические системы-3 / ред. Арнольд В.И. М.: ВИНИТИ, 1985.
Белецкий В.В., Новогребельский А.Б. Существование устойчивых относительных равновесий искусственного спутника в модельном магнитном поле // Астрон. журн. 1973. Т. 50. № 2. С. 327–335.
Белецкий В.В., Хентов А.А. Вращательное движение намагниченного спутника. М.: Наука, 1985.
Alken P., Thébault E., Beggan C.D. et al. International Geomagnetic Reference Field: the thirteenth generation // Earth, Planets and Space. 2021. V. 73(1). Art. No. 49.