Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 8.9
Variation of the illumination of the solar panel as the Earth and a satellite in GEO revolve
around the Sun.

---

8.3
Spacecraft Bus Subsystems
269
reducing the efficiency of the solar cells. The worst case occurs on the solstices,
when the efficiency factor is equal to cos(23 degrees), that is, 92%. In the spring
and fall, on the other hand, the sun provides better illumination of the panel, and
the cells give their maximum output at the equinoxes. It happens that the point
of minimum panel output occurs at the summer solstice, when the distance between
Earth and sun is greater than in winter.
For non-GEO spacecraft and constellations, the question of solar panel illumi-
nation can be much more complicated. Among non-GEO systems, the arrangement
of orbits and communication coverage requirements differ significantly, imposing
unique constraints on solar power generation. That would not be a problem if the
spacecraft was a sphere covered with solar cells to catch the sun independent of
attitude. However, flat-panel arrays are both more convenient and more efficient,
so some means must be found to provide separate alignments throughout the orbits
and the mission. In an inclined orbit system like Globalstar (Figure 8.10), the dual
flat panels align with the sun, and the Earth-facing phased array antenna creates
16 overlapping beams. To keep the panels on all satellites in proper alignment
with the sun, the beams must rotate about the yaw axis as the satellite passes over
the Earth.
In contrast, the polar-orbiting Iridium satellites each keep the orientation of
their 48 beams fixed, which means the panels cannot be maintained in a perpendicu-
lar orientation toward the sun (Figure 8.11). Without yaw motion, satellites with
their orbit plane nearly perpendicular to the sun line experience poor solar illumina-
tion and therefore deliver only a fraction of their potential. The panels are oversized
so that adequate power is generated for the bus and the payload. A fortunate
consequence of this particular orbit orientation is that no power is required for
battery charging since the satellite does not go into eclipse during this time period.
Optimum alignment, shown in Figure 8.12, brings with it daily eclipse periods and
a requirement for rapid battery charging when the satellite is in daylight. Iridium
satellites have the additional capability to twist their solar panels along a second
axis to produce enough power during periods of poor sun illumination.