ION使用三个磁力矩线圈系统来控制姿态和旋转速率，其中每一个磁力矩线圈都与卫星体轴放在一起。扭矩线圈产生强度可变、方向可变的磁场，并与地球磁场相互作用，在航天器上产生扭矩。通过获取地球磁场在轨道每个位置的大小和方向以及卫星在这些位置的姿态，可以解出产生扭矩所需的磁场，并用磁场来纠正卫星的方向。下面两个部分主要为ION描述一些必要的电磁场理论和磁扭矩设计。
1）扭矩线圈理论
电流流过一个矩形线圈就可以产生一个磁场。在线圈的中心，磁场的大小可以用式（16.37）表示：
式中 μ0——在自由空间的磁导率，值为4π×10-7H／m；
A——横截面积；
I——流过单线的电流；
N——线圈的匝数；
a和b——矩形的两条边；
an——线圈的缠绕方向，可以根据右手定则得到。此外，同样的矩形环可产生一个磁偶极矩，其定义如式（16.38）所示：
m=NIAan （16.38）
能够控制ION姿态的一个关键因素是当线圈处在地磁场中时，它可以产生一个扭矩。扭矩是通过两个磁场的相互作用产生的，通过式（16.39）确定：
t=m×b （16.39）(www.xing528.com)
从直观上来看，磁矩方向趋向外部磁场的方向。当两个向量平行时，用上面的等式计算这两个向量的叉积等于0，这表明没有扭矩施加到线圈上。因此线圈达到了一种稳定平衡状态，只要线圈保持它的偶极矩状态就不会有任何误差。
2）ION扭矩线圈的设计
ION初始扭矩的设计包含一些铜线缠绕的圆环。虽然这个设计成本低并且容易制造，但是已经证实很难将其安全地安装在卫星上。总之，缠绕的过程是用手来完成的，所以三个线圈的制造结果也不一样。线圈有形状弯曲（变得不圆）的趋势，所以必须固定圆周上的一些点。
为了避免先前的困难，提出并测试了一个新的设计思想。根据典型电路板的设计，采用逐渐减少的方式将7 mil的轨迹线刻在标准的印刷电路板上。将连续的直径为7 mil轨迹线放置到单层上，并将多个单层结合成一个单一的矩线圈，这个设想很可能实现。ION的设计如图16.22所示，每一层使用30环，四层组合起来一共120环。由于板子的采用规格设计，因此线圈非常容易安装和操作。此外。由于轨迹线很细，每个线圈总的电阻仅仅为99.3Ω。计算线圈中心磁场的等式在前面已经给出，由于环的大小经常变化，所以必须纠正前面的等式。给出了最外环的尺寸、厚度和不同的轨迹如aouter，bouter和w，在这种情况下aouter，bouter和w是相等的，很容易写出磁扭矩中心的磁场，如式（16.40）所示：
类似的方法可以获得磁偶极距的表达式，如式（16.41）所示：
前面的等式是用来计算新线圈的磁场和偶极矩的。它们的值以及一些重要的参数已经总结到表16.1中。
表16.1 扭矩线圈参数
这个性能良好且安装操作简单的设计将在ION上应用，因而建议使用电磁驱动扭矩来完成未来的任务。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
