Methods for Estimating the Magnetic Dipole Moment of Small Objects

A small satellite can be adversely affected by Earth’s magnetic field due to the resulting torque the magnetic field exerts on the satellites magnetic dipole moment. Therefore, this dipole moment needs to be estimated during the development of the satellite to make sure that the torque does not become a problem once the satellite is in orbit. This needs to be done for the MIniture STudent satellite (MIST), built at KTH Royal Institute of Technology. Two methods that make use of different techniques to measure the magnetic dipole moment of objects are evaluated through simulations. The first method holds the promise of being able to accurately estimate the dipole moment on components and the whole satellite alike, but has the downside of having a more complex setup. The second method can be set up easily, and can quickly produce an estimate of the dipole moment of one single object. However, the method is more susceptible to external disturbances in the magnetic field, and placement of the object. Due to time constraints, only the second method is evaluated experimentally. To understand how the second method performs, reference measurements are made on a coil with a known dipole moment. The results from the reference measurements show that the second method works well enough to produce values accurate enough for this project. Measurements are thereafter made on components similar to the flight hardware which are put through a set of tests to see how easily magnetised they are. The resulting values show that the magnetic field from magnetic tools can magnetise the components to the extent of becoming a problem, making the satellite’s dipole moment exceed the set limit. A more thorough investigation of MIST’s magnetic dipole moment should be conducted to determine if the satellites total magnetic dipole moment runs the risk of exceeding the set limit. Små satelliter kan påverkas negativt av jordens magnetfält då det i samband med satellitens magnetiska dipolmoment kan resultera i ett moment som verkar på satelliten. Därför behöver det magnetiska dipolmomentet uppskattas under utvecklingen av satelliten för att fastställa att problem inte uppstår när satelliten är i omloppsbana runt jorden. Denna uppskattning måste göras på MIniture STudent satelliten MIST, som byggs på Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm. Två metoder som använder sig av olika tekniker för att mäta det magnetiska dipolmomentet på komponenter undersöks genom simuleringar. Första metoden verkar från simuleringarna kunna göra en mätning av det magnetiska dipolmomentet med hög precision på enskilda komponenter och hela satelliten. Metoden har dock en komplex mätuppställning. Andra metoden kan snabbt ställas upp och en uppskattning av en komponent kan fås. Nackdelen med metoden är dess känslighet mot störningar i magnetfältet samt felplacering av dipolen. På grund av projektets tidsram väljs den andra metoden för att göra experimentella mätningar. För att förstå hur den andra metoden presterar görs mätningar på en spole med ett känt magnetiskt dipolmoment. Resultaten från mätningarna på spolen visar att metoden fungerar bra nog för att ge tillräckligt noggranna värden för projektet. Mätningar görs därefter på komponenter som liknar MISTs hårdvara för att undersöka hur lätta de är att magnetisera. Resultaten visar att magnetiska fält från verktyg kan magnetisera komponenterna så pass mycket att den satta gränsen för satellitens magnetiska dipolmomentet överskrids. En mer grundlig utredning av MISTs magnetiska dipolmoment bör göras för att fastställa om dipolmomentet riskerar att överskrida gränsen. Kandidatexjobb i elektroteknik 2020, KTH, Stockhol