答：空間磁場對衛星姿態有何影響？

最新 06-06

點擊「國家空間科學中心」可以訂閱哦！

空少問答

小課堂

第四十期

月

日

周

一

空間磁場對衛星姿態有何影響？

上周六，空少為大家留了1個問題，來看看空少的解答以及從留言中選出的最佳答案吧！

想要查看原問題背景介紹的朋友們可以點擊《空間磁場對衛星姿態有何影響？》~下面就讓我們來看看空少的解答吧！

空少正解

答：衛星在太空中的飛行是失重的，所以對它的姿態需要進行控制，否則衛星就會漫無目的天旋地轉，這樣的狀態是絕對不允許存在的。

任務不同的衛星對姿態的要求也不一樣，比如對於通訊衛星來說，就需要將通訊天線始終對準地面。對於太陽觀測衛星來說，就要求主要的觀測設備必須時刻對準太陽。為了保證充足的飛行動能，衛星的飛行姿態也要盡量保證太陽能帆板能最大面積接受太陽照射。

衛星在太空飛行過程中，姿態會受到很多因素的影響，例如因重力梯度產生的力矩、氣流變化產生的力矩、太陽輻射力矩和磁力矩。

這些影響因素在不同的高度表現出來的重要程度不同，在低高度範圍內（300-550km），重力梯度力矩和氣動力矩佔主導，延伸至高高度區域（800km以上）後，磁力矩的重要性就體現出來了。

此外，飛行器在飛行過程中會做切割磁感線運行從而產生感生電場，電壓可達0.4V/m，在做空間環境相關分析的過程中，這是一個不可忽視電壓，它能導致衛星表面帶電引起電荷積累，這一效應會引起空間探測衛星的電場測量數據和粒子探測數據產生嚴重誤差。

衛星在自旋運行的過程中，衛星的自旋軸會與地磁場構成閉合迴路，並不斷切割磁力線產生感應電流，產生的感應電流會引起阻尼效應，結果就是導致衛星的自旋速率下降，也被稱為消旋。

與此同時，感應電流自身也會產生磁矩，這個磁矩是加快衛星自旋的，也被稱為旋進力矩。這會就有人要問了，兩個力矩在一起不就抵消了嘛，如何會對衛星的姿態產生影響呢？這就要比較兩個力矩的大小了，消旋力矩與垂直於自旋軸的磁場分量平方成正比，而旋進力矩與平行於自旋軸的地磁場分量成正比，兩項一比較就會導致衛星自選速率出現偏差，因此在衛星上都配有消旋設備來控制衛星上的磁性以保證衛星的自旋穩定，要知道在空間粒子探測過程中，衛星的自旋粒子分布函數的形成至關重要。

在低高度區域地磁場通常比較穩定，我們也常用這一區間的磁場作為標定衛星姿態的一個參考系，通過衛星搭載磁強計計算得到的數據和地磁場的空間分布進行對比，我們就可以確定衛星的姿態。

如果在衛星三個相互垂直的方向分別安裝通過一定電流的線圈就能產生滿足一定要求的力矩，這個方法也經常用來進行姿態控制。

那麼空間中的磁場又該怎麼測量呢？目前衛星上流行搭載的測量儀器是磁通門磁強計。它的解析度能夠達到0.1nT的數量級，量程達到從0.1nT到幾萬nT，能夠覆蓋地磁場範圍。

要想理解磁通門磁強計的原理就得理解什麼是「磁滯回線」和「磁飽和現象」。簡單說來，磁場強度和磁感應強度有一個對應關係（如下圖），這個對應關係就是磁滯回線。這兩者通常不是線性變化的，而是非線性的，當磁場強度H大於一定值Hm後，磁感應強度不再增大，這個現象就是磁飽和現象。

利用材料的這一特性，我們把探頭測量的磁場作為輸入，通過一系列信號傳輸我們就能得到正比於輸入磁場的磁感應信號，從而獲得空間磁場數據。當測量磁場大於高磁導率材料的飽和Hm後，信後就被調製，就像是一道門，所以也被形象的成為磁通門磁強計。

說到這裡是不是對磁場如何影響衛星姿態和如何測量空間磁場有了更多的了解呢？歡迎在屏幕下方與我們互動留言哦！

留言區·精選

@水蛇?????????

航天器尤其是低軌道航天器在地球磁場中會受到干擾磁力矩的影響，該磁力矩與磁場強度成正比，也和航天器的磁矩成正比，使航天器的姿態發生變化。當航天器的姿態採用自旋穩定方式時，磁力矩會使自旋軸發生進動，在航天器結構中產生的感應電流會導致自旋速率降低

@烜

地球的磁場的確對衛星有影響，電磁感應就是其中之一，衛星就好比一根短桿，再繞地過程中一直切割地球磁感線，所以衛星兩個「翅膀」上積累了正負不等的電荷。當然，我們也可以用這個效應發電，但有得必有失，隨之而來的就是衛星的動能減少，軌道降低……一般衛星切割磁感線會有可以忽略不計的電流產生，所以切割磁感線對衛星影響不大

@春子弄墨

好像空間磁場的磁極恆定，就可以以此來決定衛星以什麼樣的姿態運行吧……測量空間磁場應該，就用某些已知原理確定的設備了，再說，低溫下或者不同精度要求下，要選定對應合適的設備測量吧……

@雷神

地球磁場的變化將影響衛星的高度、速度和姿態，當磁場強度變大是，衛星的姿態傾斜度更大；反之則傾斜度縮小

@心湖

衛星姿態的精確控制主要是利用磁力矩器來實現的，磁力矩器其實就是電磁鐵，通電後產生磁場與地球磁場相互作用來調整衛星姿態。工作時先由衛星磁強計測量出衛星附近磁場情況來確定磁力矩器產生磁場的大小和方向，可以比較準確的控制衛星姿態了。

@拼搏

空間磁場會對衛星的太陽能帆板，以及精密儀器的運行產生影響，例如會使太陽能帆板彎曲，會使磁譜儀的測量結果產生誤差，造成損失！