Thermische modellering van CubeSat – Toepassing van ESATAN-TMS voor de CubeSat-industrie
De uitdaging
Naarmate de vermogensdichtheid toeneemt, zijn thermische beheersingsmaatregelen voor CubeSats nodig. Hiervoor zijn goedkope hardware- en softwareoplossingen nodig, die momenteel nauwelijks verkrijgbaar zijn. Er wordt gewerkt aan miniaturisatie en toepassing van thermische regelsystemen, maar het evalueren van ontwerpiteraties wordt belemmerd door het gebrek aan thermische analyse, wat grote onzekerheden met zich meebrengt in het thermische ontwerp van CubeSats.
ISIS – Innovative Solutions in Space en Koninklijke NLR hebben samengewerkt aan een innovatieve modulaire aanpak voor thermische analyses van CubeSat in ESATAN-TMS. De sleutel tot deze aanpak is de uitwisselbaarheid en schaalbaarheid van gevalideerde thermische submodellen, waardoor snelle en nauwkeurigere analyses voor LEO-missies mogelijk zijn.
De oplossing
De expertise van NLR met ESATAN-TMS wordt in dit project toegepast om een modulaire aanpak op te zetten voor thermische modellering van CubeSats. Thermisch relevante submodellen worden gebouwd voor commercieel verkrijgbare subblokken, zoals de ISIS TXS-module en algemene bouwstenen van een CubeSat-frame. Deze is zo gebouwd dat hij eenvoudig kan worden aangepast en geassembleerd tot een compleet CubeSat-systeem. Het correct modelleren van interfaces tussen submodellen is hierbij van cruciaal belang voor de thermische volwassenheid van het model. Daarom wordt er bij de montage veel aandacht besteed aan dit kleine detail. In de volgende fase van het project werden de thermische submodules gecorreleerd met de resultaten van thermische vacuümtesten. Deze correlatie resulteert uiteindelijk in een geverifieerd thermisch model van de submodules.
Wat doen wij?
Er wordt een bibliotheek met gevalideerde thermische submodellen gemaakt in ESATAN-TMS, waarmee snelle en nauwkeurige orbitale analyses mogelijk worden, wat resulteert in verbeterde thermische ontwerpen van CubeSats. Fabrikanten en integratoren van CubeSats kunnen de thermisch geverifieerde submodellen in ESATAN-TMS gebruiken en de ontwikkeltijd van het ontwerp van een CubeSat inkorten door thermische modellering in een vroeg stadium van de ontwerpcyclus te implementeren. Het complete paneel wordt op een vrouwelijke mal in een autoclaaf uitgehard bij hoge temperatuur en druk.
Om de verstijvingen tijdens dit proces te ondersteunen, werden geen arbeidsintensieve gereedschappen gebruikt. In plaats van een groot aantal steunblokken, zoals meestal gebruikelijk is, is een siliconenzak ontwikkeld. De siliconenzak heeft hetzelfde patroon als het uiteindelijke paneel met verstijvingen. Op deze manier werd een betaalbaar paneel gemaakt met geïntegreerde verstijvingen. Er zijn geen mensuren nodig voor het reinigen van gereedschapsblokken, het verlijmen van verstevigingen of het monteren van schroeven om verstevigingen te verbinden
Project partners:
Industrie (EU) : ISIS
Onderzoeksorganisaties: Koninklijke NLR
Start : 2019
Tijdsduur: geen einddatum
