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Title
Study of the controlled potential on a sunlit spacecraft : Bernhard Hölzl
AuthorHölzl, Bernhard
CensorNakamura, Rumi
PublishedGraz, Dezember 2016
Descriptionx, 52 Blätter : Illustrationen
Institutional NoteKarl-Franzens-Universität Graz, Masterarbeit, 2017
LanguageEnglish
Document typeMaster Thesis
Keywords (GND)Elektrische Aufladung / Satellit
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-110957 Persistent Identifier (URN)
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Study of the controlled potential on a sunlit spacecraft [9.4 mb]
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Abstract (German)

Während eines Erdumlaufes durchfliegt ein Raumschiff oder Satellit verschiedene Regionen des erdnahen Weltraums und ist dort jeweils anderen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Weltraumschrott, differentielle Aufladung und Mikrometeoriten stellen eine Gefahr für das Raumfahrzeug und seine Mission dar. Die elektrische Aufladung des Satelliten gegenüber dem Plasma stellt weniger eine Gefahr dar, als es die Messungen der Plasmapartikel beeinflusst oder unmöglich macht. Um dieser Aufladung entgegenzuwirken wird auf einigen Satelliten ein Gerät zur aktiven Kontrolle dieser Aufladung entwickelt, das sogenannte active spacecraft potential control (ASPOC). Dieses Gerät sendet einen Strahl positiver Ionen aus und reduziert so das Potential gegenüber der Umgebung auf einige Volt. Die Aufladung eines Satelliten enthält aber auch Informationen über das umgebende Plasma, also die Dichte und Temperatur der verschiedenen Teilchen. Reduziert man das Potential wird es schwieriger diese Informationen zu gewinnen, auch wenn sie noch vorhanden zu sein scheinen. In früheren Arbeiten konnte gezeigt werden, dass eine Rekonstruktion des Satellitenpotentials möglich ist um unverfälschte Plasmadaten zu gewinnen. Ein Ziel dieser Arbeit ist es, eine neue Methode zur Rekonstruktion des unkontrollierten Potentials zu entwickeln, indem der Photoelektronenstrom durch zwei verschiedene Exponentialfunktionen modelliert wird. Für diesen Zweck benötigt man gleichzeitig Messdaten von zwei Satelliten, einem mit kontrolliertem Potential und einem mit unkontrolliertem Potential. Diese Rekonstruktion passt mit bereits veröffentlichten Studien zusammen. Des weiteren werden die jährlichen Variationen der Modellparameter der zwei Exponentialfunktionen untersucht. Das Wissen über diese Variationen kann dann in Einzelfällen dazu benutzt werden, um des Potential eines kontrollierten Satelliten zu rekonstruieren, ohne einen zweiten Satelliten in der Nähe zu haben.

Abstract (English)

During its orbit a spacecraft encounters different regions of space and experiences different interaction with the environment. Space debris, differential charging and micro meteoroids can pose a threat to spacecraft operations. The charging of the spacecraft relative to the ambient plasma is not so much a threat to operations but can contribute to the errors in the plasma particle measurements. These effects can be minimized by controlling the spacecrafts potential via an active spacecraft control (ASPOC) device. This device emits a beam of positively charged ions that reduces spacecraft charging effects and contributes to maintaining the spacecraft potential at only a few volts. The spacecraft potential contains information about the ambient plasma, such as density and temperature. When the spacecraft potential is reduced, this information, while still present, is not straight-forward to extract. Earlier works have shown that a reconstruction of the spacecraft potential for plasma studies is possible in some cases. One goal of this theses is to find a new method for reconstructing the uncontrolled potential of a controlled spacecraft by modelling the photo electron current with two different exponential functions. For this method to work measurements on two different spacecraft, a controlled one and an uncontrolled one, have to be taken simultaneously. This reconstruction aligns with some earlier works on spacecraft charging. Furthermore the annual variation of the parameters of the two exponential function will be a focus in this work. Using these annual variations to calculate the model parameters, reconstruction of the potential of a controlled spacecraft is possible in some cases without a second uncontrolled satellite nearby.