मैग्नेटोर्कर

मैग्नेटोर्कर या मैग्नेटिक टॉर्कः र (जिसे टॉर्क रॉड के रूप में भी जाना जाता है) विद्युत चुम्बकीय कॉइल्स से निर्मित अंतरिक्ष यान रवैया नियंत्रण, डीटम्बलिंग और स्थिरीकरण के लिए एक उपग्रह प्रणाली है। मैग्नेटोर्कर एक चुंबकीय द्विध्रुव बनाता है जो एक परिवेशीय चुंबकीय क्षेत्र, आमतौर पर पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र|पृथ्वी के साथ इंटरफेस करता है, ताकि उत्पादित प्रति-बल उपयोगी टॉर्क प्रदान करें।

कार्यात्मक सिद्धांत

मैग्नेटोर्कर्स विद्युत चुम्बकों के सेट हैं जो एक विस्तारित क्षेत्र पर घूर्णी रूप से असममित (एनिस्ट्रोपिक) चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए व्यवस्थित होते हैं। उस क्षेत्र को आमतौर पर कम्प्यूटरीकृत प्रतिक्रिया नियंत्रण सिद्धांत के तहत, कॉइल के माध्यम से विद्युत प्रवाह प्रवाह को चालू या बंद करके नियंत्रित किया जाता है। चुम्बक स्वयं यांत्रिक रूप से यान से जुड़े होते हैं, ताकि आसपास के चुंबकीय क्षेत्र पर उनके द्वारा लगाया गया कोई भी चुंबकीय बल एक चुंबकीय विपरीत बल को जन्म दे और जिसके परिणामस्वरूप जहाज के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र के बारे में यांत्रिक टोक़ उत्पन्न हो। इससे केवल विद्युत ऊर्जा का उपयोग करके चुंबकीय क्षेत्र के ज्ञात स्थानीय ढाल में यान को स्वतंत्र रूप से घुमाना संभव हो जाता है।

मैग्नेटोर्कर द्वारा उत्पन्न चुंबकीय द्विध्रुव को सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है

$\mathbf {m} =nI\mathbf {A} ,$

जहां n तार के घुमावों की संख्या है, I प्रदान की गई धारा है, और 'A' कुंडल का सदिश क्षेत्र है। द्विध्रुव चुंबकीय क्षेत्र के साथ संपर्क करके एक बलाघूर्ण उत्पन्न करता है

${\boldsymbol {\tau }}=\mathbf {m} \times \mathbf {B} ,$

जहां m चुंबकीय द्विध्रुव वेक्टर है, B चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर है (अंतरिक्ष यान के लिए यह पृथ्वी चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर है), और τ उत्पन्न टॉर्क वेक्टर है।

निर्माण

मैग्नेटोर्कर का निर्माण एक निर्धारित क्षेत्र और आवश्यक प्रदर्शन के अनुसार घुमावों की संख्या के साथ एक कुंडल के निर्माण पर आधारित होता है। हालाँकि, कुंडल प्राप्त करने के विभिन्न तरीके हैं; इस प्रकार, निर्माण रणनीति के आधार पर, तीन प्रकार के मैग्नेटोरकर को ढूंढना संभव है, जो स्पष्ट रूप से एक दूसरे से बहुत अलग हैं लेकिन एक ही अवधारणा पर आधारित हैं: ; एयर-कोर मैग्नेटोर्कर: इसमें मैग्नेटोर्कर की मूल अवधारणा शामिल है, जो उपग्रह से जुड़े गैर-प्रवाहकीय समर्थन के चारों ओर लपेटा हुआ एक प्रवाहकीय तार है। इस प्रकार का मैग्नेटोर्कर एक स्वीकार्य द्रव्यमान और भार के साथ एक सुसंगत चुंबकीय द्विध्रुव प्रदान कर सकता है।

एंबेडेड कॉइल

इसका निर्माण सौर पैनलों के मुद्रित सर्किट बोर्ड के अंदर एक सर्पिल ट्रेस बनाते हुए किया जाता है जो कॉइल का प्रभाव उत्पन्न करता है। यह समाधान उपग्रह पर सबसे कम प्रभाव डालने वाला समाधान है क्योंकि यह पूरी तरह से सौर पैनलों के भीतर समाहित है। हालाँकि, बोर्ड की मोटाई में भौतिक सीमा और अन्य सर्किट और इलेक्ट्रॉनिक घटकों की उपस्थिति के कारण, चुंबकीय द्विध्रुव के उच्च मूल्य तक पहुंचना संभव नहीं है।

 ; टॉर्क रॉड: यह सबसे कुशल समाधान है। एक प्रवाहकीय तार को फेरोमैग्नेटिक कोर के चारों ओर लपेटा जाता है जो कुंडल द्वारा उत्तेजित होने पर चुंबकित होता है, इस प्रकार अन्य समाधानों की तुलना में काफी अधिक द्विध्रुव उत्पन्न होता है। हालाँकि, नुकसान एक अवशिष्ट चुंबकीय द्विध्रुव की उपस्थिति है जो कोर के चुंबकीयकरण वक्र में चुंबकीय हिस्टैरिसीस के कारण कुंडल बंद होने पर भी बना रहता है। इसलिए उचित डिमैग्नेटाइजिंग प्रक्रिया के साथ कोर को डिमैग्नेटाइज करना आवश्यक है। आम तौर पर, कोर (आमतौर पर भारी धातु से युक्त) की उपस्थिति प्रणाली के द्रव्यमान को बढ़ाती है।

आम तौर पर तीन कॉइल का उपयोग किया जाता है, हालांकि दो या यहां तक ​​कि एक चुंबक की कम कॉन्फ़िगरेशन पर्याप्त हो सकती है जहां पूर्ण रवैया नियंत्रण की आवश्यकता नहीं होती है या असममित ड्रैग (भौतिकी) जैसी बाहरी ताकतें अल्पक्रिया की अनुमति देती हैं। तीन कुंडल संयोजन आमतौर पर तीन लंबवत कुंडलियों का रूप लेता है, क्योंकि यह सेटअप उन क्षेत्रों की घूर्णी समरूपता को बराबर करता है जिन्हें उत्पन्न किया जा सकता है; इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि बाहरी क्षेत्र और क्राफ्ट को एक-दूसरे के संबंध में कैसे रखा जाता है, तीन अलग-अलग कॉइल पर अलग-अलग मात्रा में करंट का उपयोग करके लगभग एक ही टॉर्क हमेशा उत्पन्न किया जा सकता है।

जब तक विद्युत धारा कुंडलियों से होकर गुजर रही है और अंतरिक्ष यान बाहरी क्षेत्र के संबंध में एक निश्चित अभिविन्यास में स्थिर नहीं हुआ है, तब तक यान का घूमना जारी रहेगा।

बहुत छोटे उपग्रह कुंडलियों के स्थान पर स्थायी चुम्बकों का उपयोग कर सकते हैं।

लाभ

मैग्नेटोर्कर्स हल्के, विश्वसनीय और ऊर्जा-कुशल हैं। रॉकेट इंजन के विपरीत, उन्हें व्यय योग्य प्रणोदक की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए वे सैद्धांतिक रूप से अनिश्चित काल तक काम कर सकते हैं जब तक कि कॉइल के प्रतिरोधक भार से मेल खाने के लिए पर्याप्त विद्युत शक्ति उपलब्ध है। पृथ्वी की कक्षा में, सौर पैनलों का उपयोग करते हुए सूर्य का प्रकाश एक ऐसा व्यावहारिक रूप से अटूट ऊर्जा स्रोत है।

गति चक्र ्स और नियंत्रण क्षण जाइरोस्कोप की तुलना में एक और फायदा गतिशील भागों की अनुपस्थिति है, इसलिए विश्वसनीयता काफी अधिक है।

नुकसान

मैग्नेटोरक्वेर्स का मुख्य नुकसान यह है कि यदि बड़े जहाज को जल्दी से मोड़ना हो तो बहुत उच्च चुंबकीय प्रवाह घनत्व की आवश्यकता होती है। इसके लिए या तो कॉइल्स में बहुत अधिक एम्परेज की आवश्यकता होती है, या भूकेन्द्रित कक्षा में उपलब्ध परिवेशीय प्रवाह घनत्व की तुलना में बहुत अधिक उच्च परिवेश प्रवाह घनत्व की आवश्यकता होती है। नतीजतन, प्रदान किए गए टॉर्क बहुत सीमित हैं और केवल थोड़ी मात्रा में अंतरिक्ष यान के रुख में बदलाव को तेज या धीमा करने का काम करते हैं। समय के साथ, सक्रिय नियंत्रण पृथ्वी पर भी तेजी से घूम सकता है, लेकिन सटीक रवैया नियंत्रण और स्थिरीकरण के लिए प्रदान किए गए टॉर्क अक्सर अपर्याप्त होते हैं। इसे दूर करने के लिए, मैग्नेटोर्कर को अक्सर प्रतिक्रिया पहियों के साथ जोड़ा जाता है।

एक व्यापक नुकसान पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की ताकत पर निर्भरता है, जो इस दृष्टिकोण को गहरे अंतरिक्ष अभियानों के लिए अनुपयुक्त बनाता है, और भू-समकालिक जैसी उच्च कक्षाओं के विपरीत कम पृथ्वी कक्षाओं के लिए भी अधिक उपयुक्त है। पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र की अत्यधिक परिवर्तनशील तीव्रता पर निर्भरता समस्याग्रस्त है क्योंकि तब रवैया नियंत्रण समस्या अत्यधिक अरेखीय हो जाती है। सभी तीन कुंडलियों का उपयोग करने पर भी सभी तीन अक्षों में दृष्टिकोण को नियंत्रित करना असंभव है, क्योंकि टॉर्क केवल पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर के लंबवत उत्पन्न किया जा सकता है। प्रवाहकीय सामग्री से बना कोई भी घूमने वाला उपग्रह पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में अपने शरीर में एड़ी धाराओं की उत्पत्ति और उसके स्पिन दर के आनुपातिक ब्रेकिंग बल के कारण घूर्णन गति खो देगा। वायुगतिकीय घर्षण हानि भी एक भूमिका निभा सकती है। इसका मतलब यह है कि मैग्नेटोर्कर को लगातार संचालित करना होगा, और एक शक्ति स्तर पर जो मौजूद प्रतिरोधी ताकतों का मुकाबला करने के लिए पर्याप्त है। जहाज की ऊर्जा बाधाओं के तहत यह हमेशा संभव नहीं होता है।

मिशिगन एक्सप्लोरेशन लेबोरेटरी (एमएक्सएल) को संदेह है कि एम-क्यूब्ड क्यूबसैट, एमएक्सएल और जेपीएल द्वारा संचालित एक संयुक्त परियोजना, निष्क्रिय दृष्टिकोण के लिए उपयोग किए जाने वाले मजबूत ऑनबोर्ड मैग्नेट के माध्यम से चुंबकीय रूप से एक्सप्लोरर -1 प्राइम से जुड़ गई, जो उसी समय जारी किया गया दूसरा क्यूबसैट था। 28 अक्टूबर 2011 को तैनाती के बाद नियंत्रण। यह दो उपग्रहों की पहली गैर-विनाशकारी लैचिंग है।

यह भी देखें

• प्रतिक्रिया चक्र , एक सक्रिय रवैया समायोजन तकनीक
• गुरुत्वाकर्षण-ढाल स्थिरीकरण, एक निष्क्रिय स्थिरीकरण तकनीक