Satellite attitude control in the presence of a reaction wheel failure

Abstract

[ES] El trabajo trata sobre el estudio de cómo se puede controlar la orientación de un satélite pequeño (150 kg) situado en una órbita baja terrestre en el caso de que se produzca un fallo en una de las ruedas de reacción. Generalmente, un satélite está equipado de una rueda de reacción (u otro actuador) en cada uno de sus ejes que permite controlar su orientación para cumplir con los requerimientos de la misión. En el caso de que se produzca un fallo en una de estas ruedas de reacción, se estudia cómo afecta a la orientación del satélite en tal eje y se hace un análisis de los posibles actuadores que podrían emplearse para combatir tal fallo. Por ejemplo, en este trabajo se han analizado los actuadores thrusters (propulsores) y magnetorquers. Además, se ha realizado un análisis de los pros y los contras de cada uno de los actuadores mencionados. Por último se realizó una comparación entre ellos para determinar cuál sería el actuador idóneo para sustituir a las ruedas de reacción en caso de que se produzca un fallo.

[EN] This work is based on the study of the attitude controllability of a small satellite (150 kg) located in a low-Earth orbit in the case of a reaction wheel failure. Generally, satellites are equipped with reaction wheels (or other actuators) in every of their rotation axes allowing us to control their orientation at all times to meet the mission requirements. However, in the case of a reaction wheel failure, it is important to know beforehand how the behaviour of the satellite is going to change. For such purpose, a study of the orientation when there is a reaction wheel failure has been performed. Since the main conclusion was that, in the presence of a reaction wheel failure, we lose control of the orientation of such axis, we have analyzed the use of other actuators that could replace the non-working reaction wheel. In this project, both thrusters and magnetic torquers have been studied and analyzed to see if we could regain control of the satellite by replacing the reaction wheel by them. Moreover, an analysis of the control properties of every actuator has been performed to highlight the pros and cons of using each of them. Finally, a comparison between the controllability of the satellite by using reaction wheels or thrusters and magnetorquers was also performed.