Ein Sensor, der die Richtung (Sonnenvektor) oder das Vorhandensein der Sonne relativ zu einem Fahrzeug misst, üblicherweise durch Erfassung einfallenden Sonnenlichts mittels Photodioden, Photodiodenarrays, CMOS/CCD-Detektoren oder durch Abschattungsmethoden; verwendet vor allem zur Raumfahrzeuglagebestimmung und Solar-Ausrichtung.

Prinzip

Ermittlung der Sonnenrichtung durch Messung der relativen Bestrahlungsstärke oder des Einfallswinkels über mehrere Detektorelemente oder Blenden; Umwandlung von Photostrom oder Bildschwerpunkt in einen Einheitsvektor im Fahrzeugkoordinatensystem, ggf. mit Schwellwerten für Sonnen-/Nicht-Sonnen-Erkennung.

Demonstration

Ein 3U-CubeSat montiert sechs grobe Photodioden-Sonnensensoren an orthogonalen Flächen und einen feinen zweiachsigen CCD-Sonnensensor auf der Oberseite. Während des Entwirbelns liefern die groben Sensoren eine anfängliche Sonnenvektorschätzung; nach Stabilisierung verfeinert der Feinsensor den Sonnenwinkel für präzisen Solarpanel-Pointing.

Fehlanwendung

Das verlässliche Nutzen eines Sonnensensors zur genauen Lagebestimmung bei Sonnenverdeckung, im Erdschatten, bei spiegelnden Reflexionen von benachbarten Oberflächen oder bei Sättigung durch direkte Sonneneinstrahlung führt zu fehlerhaften Vektoren.

Konsequenz

Richtig eingesetzt bieten Sonnensensoren eine kostengünstige, energiearme absolute Referenz für Sonnenrichtung, ermöglichen autonomes Solarpanel-Pointing, grobe Lagebestimmung, sichere Sonnenakquisition im Safe-Mode und Redundanz zu Trägheits- oder Sternsensoren.

Umkehrung

Das Konzept kann durch einen Sternen-Tracker oder Horizont-Sensor ersetzt werden, der die Lage relativ zu Sternen oder Planetenrand statt relativ zur Sonne bestimmt; diese Umkehr tauscht die Abhängigkeit vom Sonnenlicht gegen höhere Präzision bei Dunkelheit.

Abgrenzung

Gilt nur für Geräte, die Sonnenrichtung oder -präsenz optisch/photometrisch an Bord ableiten; schließt nur flussorientierte Pyranometer, thermische Sensoren ohne Richtungsauflösung und bodengebundene Photometer aus. Funktioniert nicht im Erdschatten, in tiefen Schattenzonen oder wenn die Einstrahlung außerhalb des Sichtfeldes oder Dynamikbereichs liegt.

Semantische Spannung

Spannung besteht zwischen 'Sonnensensor' als richtungsgebender Lagereferenz und 'Solar-Irradianz-Sensor' als Leistungsüberwachungsgerät: Beide messen Sonnenlicht, unterscheiden sich jedoch durch Zweck (Richtung vs. Fluss) und Messgeometrie.

Synthese

Ein Sonnensensor ist ein an Bord montiertes optisches Instrument, das durch Vergleich von Einstrahlungswerten zwischen Detektorelementen einen Sonnenrichtungsvektor oder einen Sonnen-/Nicht-Sonnen-Zustand liefert; er ist eine einfache, energieeffiziente absolute Referenz, die mit anderen Lagessensoren zu verwenden ist, um Einschränkungen durch Verdunkelung, Sättigung und Reflexionen zu überwinden.