许多卫星在太空中拍照。但是一个振动的卫星,就像一个相机在颤抖的手中,不能得到一个清晰的图像。将其对准一个精确的位置拍照或执行其他任务,是另一个需要精确度的重要功能。维丹特是伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一名航天工程博士生,他在研究一种消除卫星振动的方法时发现,他的发明还可以使卫星旋转。

New patented invention stabilizes, rotates satellites

“我们和美国国家航空航天局的喷气推进实验室一起开发了一种方法,通过向相反的方向振动太阳能电池板来抵消卫星的振动——主动噪声消除,”韦丹特说。“在建立了一个数学模型并使用随机输入后,我意识到我可以让卫星离开原来的静止点,这是出乎意料的。经过进一步的分析,我发现这个系统有一个新的功能——除了隔振,它还可以在太空中任意旋转卫星。”

Vedant解释说,在太空中,你只需要利用卫星的内力来移动,就可以把质量抛向四周。他把人造卫星太阳能电池板的受控运动比作一只猫在落地时的动作——通过伸展腿,扭曲身体,然后紧紧地把腿收起来。

“太阳能电池板又长又灵活,”韦丹特说。“如果你向下摆动一个,它会使你的飞船旋转一个小角度。当你收缩的时候,角度不会改变,因为这只是一个收缩。但是,我也改变了太阳能电池板的长度——改变了转动惯量,使它向后移动的幅度略有不同。如果你重复做这个,你就可以开始把这些角相加。这就是这种多功能姿态控制结构的新颖之处。”

Vedant描述了他如何第一次认识到卫星旋转的可能性。在最初的JPL项目中,有一个扩展部分,所以Vedant为STEM学生创造了一个游戏。

他说:“我把它映射到键盘上的键上,这样每个键都能让它朝一个方向摆动。”他说:“我随机按了几个键,看看这个系统是否正常。它停止了摇晃,但并没有回到原来的位置,而是移动到另一个地方,停止了摇晃。我认为这是一个数学上的错误。所以我深入研究了一下。事实证明,这是移动面板的一种新方式。”

Vedant说他的发明获得了专利。自从它在2月初上市以来,设计、制造和发射卫星的公司对它产生了浓厚的兴趣。

他制作了一段3d打印机样机的视频。

“我的下一个努力是做一些更现实的东西,可以在太空飞行,”韦丹特说。“我们还将研究如何将电子元件整合到太阳能电池板中,以节省体积和重量。”

Vedant计划继续开发该技术,并最终将其授权给公司。他于2018年获得了航空航天工程硕士学位。他的博士导师是伊利诺斯州工业和企业系统工程学院的James Allison,也是航空航天工程系的一名附属教员。Vedant的联合顾问是亚历山大•高希(Alexander Ghosh)。

Vedant和James T. Allison关于这项工作的论文《姿态控制的多功能结构》发表在ASME 2019智能材料、自适应结构和智能系统会议记录上。