Die präzise Lageregelung eines erdnahen Satelliten ist eine technische Herausforderung. Bei einer Diskussion stellten wir uns die Frage, ob die Stärke des Erdmagnetfelds ausreichend ist, um einen CubeSat (siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Cubesat) mit dem geringen Strom von Solarzellen ausrichten zu können. Oder einfacher gefragt:

Können wir einen Motor ausschließlich mit dem Erdmagnetfeld bauen?

Im Luftspalt eines üblichen Elektromotors liegt die magnetische Flussdichte oft deutlich über 1 Tesla (1 000 000 µT). In Mitteleuropa ist eine Stärke des Erdmagnetfeldes von ca. 48 µT vorhanden, also nur ca. 1/20.000. 20 µT verlaufen horizontal, 44 µT verlaufen vertikal (siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Erdmagnetfeld).

Folglich haben wir in den letzten Ferien Excel angeworfen, eine Menge Annahmen getroffen, wir haben gerechnet und gerechnet und gerechnet - und sind dann zu einem Ergebnis gekommen: Es müsste funktionieren. Weil es sich um eine sehr grundsätzliche Frage mit Produktpotential handelt, gaben wir eine Diplomarbeit in Auftrag, um die Machbarkeit nachzuweisen.

Das Projektteam, es besteht aus Michael Peer und Edin Vilic und wird von Prof. Dipl.-Ing. Siegbert Schrempf betreut, ist jetzt im Dezember mitten in der Arbeit. Als Auftraggeber habe ich vorgegeben, dass wir ehestmöglich einen konkreten Versuchsaufbau sehen möchten, um die Kernfrage zu beantworten: Funktioniert es? In diesen Tagen wurde es zur Gewissheit:

Es bewegt sich was – im Erdmagnetfeld!

Das Video_1 zeigt unser funktionelles Modell eines CubeSats. Er befindet sich unter einer Glasglocke, damit kein Wind das Experiment stört. Der CubeSat ist auf einem Faden (mit geringer Torsionssteifigkeit, als Ersatz für die Schwerelosigkeit) aufgehängt. Im CubeSat ist ein Raspberry Pi untergebracht. Dieser schaltet funkgesteuert den Strom ein oder aus. Der Strom fließt durch eine Wicklung, es entsteht ein resultierendes Drehmoment. In der Umgebung befindet sich kein zusätzlich erzeugtes Magnetfeld und es ist auch kein Metall (wegen allfälliger Remanenz) vorhanden. Video_2 zeigt die Bewegungen in Zeitraffer.

Wird nach dem ersten Auspendeln der Strom eingeschaltet, beginnt sich der CubeSat ein Stück zu drehen. Die Anordnung pendelt um den Endpunkt hin und her. In diesem ersten Versuch wird die Stromrichtung noch nicht umgedreht, es erfolgt keine Kommutierung.

Ganz objektiv ist tatsächlich festzustellen: Und es bewegt sich doch!

Das Bild zeigt die experimentelle Anordnung zu einem noch sehr frühen Projektstand.

 

(Inhalt: Karl Heinz Steiner)