Caratterizzazione sperimentale di magnetorquers per il controllo d'assetto del PocketQube RED PILL

The Attitude Control System is a fundamental subsystem for the success and operation of space missions, whether involving large satellites or small platforms such as CubeSats or PocketQubes. This thesis aims to experimentally characterize the performance of one of the main types of attitude control actuators: magnetorquers. These magnetorquers will serve as the sole attitude control actuators for the RED PILL PocketQube, part of the ESA-sponsored FlyYourSatellite! program.Specifically, two types of magnetorquers were developed: an air-core configuration and a torquerod configuration. To validate actuator performance, a Helmholtz cage was developed to test the magnetorquers in a controlled magnetic field environment. The test campaign was divided into four main phases. Initially, the resistance behavior of the wire used to construct the magnetorquers was analyzed as a function of temperature. Subsequently, the dipole moment was characterized: first, the magnetic field produced by the magnetorquers was mapped to derive the dipole moment via analytical formulas; second, the generated torque was verified using an indirect method, also used to determine the dipole moment. Finally, further analysis was required to evaluate the behavior of the ferromagnetic material comprising the torquerod magnetorquer, in order to avoid unwanted hysteresis loops.

Il controllo d'assetto è una sottosistema fondamentale per il successo e il funzionamento delle missioni spaziali, siano esse composte da satelliti di grandi dimensioni o di piccole dimesioni quali CubeSat o PocketQube. Il presente lavoro di tesi mira a caratterizzare tramite metodi sperimentali le prestazioni di uno dei principali tipi di attuatori per il controllo d'assetto, i magnetorquer. I magnetorquer in questione saranno usati come unico elemento per il controllo d'assetto per il PocketQube RED PILL facente parte del progetto FlyYourSatellite sponsorizzato da ESA. In particolare sono state sviluppati due tipi di magnetorquer: una configurazione air-core e una configurazione torquerod. Per validare le prestazioni degli attuatori è stata sviluppata una gabbia di Helmholtz necessaria per testare i magnetorquer in ambiente con campo magnetico controllato. La campana di test si è articolata in quattro fasi principali. Inizialmente è stato analizzato l'andamento della resistenza del filo usato per la costruzione dei magnetorquer al variare della temperatura. Successivamente si è proceduto alla caratterizzazione del momento di dipolo: in primo luogo si è mappato il campo magnetico prodotto dai magnetorquer per ricavare in seguito, tramite formule analitiche, il momento di dipolo; in secondo luogo si è verificata la coppia prodotta, tramite un metodo indiretto, necessaria anche questa a determinare il momento di dipolo. Infine è stata necessaria un ulteriore analisi per valutare il comportamento del materiale ferromagnetico di cui si compone il magnetorquer torquerod per evitare cicli di isteresi indesiderati.