A SMOG-1 nanoműhold végeselemes hőtechnikai modellezése
A SMOG-1 nanoműhold végeselemes hőtechnikai modellezése
Petróczi Balázs Msc I. évf.,
e-mail: petroczib@freemail.hu
Konzulens: Józsa Viktor, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék
e-mail: jozsa@energia.bme.hu
A SMOG-1 egy miniatürizált úgynevezett „PocketQube” osztályú műhold, melyet a Műszaki egyetem Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszéke és az Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék fejleszt közösen. A műhold küldetése az elektromágneses sugárzás mérése alacsony földkörüli pályán a digitális TV adók sugárzásának (430-860 MHz) tartományában. A kisméretű műholdak egyik legnagyobb problémája az alacsony tömegükből adódó kis hőkapacitás. Emiatt a világűr viszontagságainak kitett műhold és az abban található alkatrészek hőmérséklete igen tág korlátok között mozoghat és túllépheti az alkatrészre megadott minimum és maximum hőmérsékleteket. Az én feladatom a műhold hőtani vizsgálata, termikus hőingadozásra érzékeny alkatrészek vizsgálata és tervezési javaslatok kidolgozása azok megfelelő hőmérsékleti korlátok között tartására.
A SMOG-1 befoglaló mérete egy 5 cm névleges oldalhosszúságú kocka és tömege nem haladhatja meg a 250 g-ot. A műhold alacsony földkörüli – körülbelül 600 km-es – napszinkron pályán fog keringeni. Így egy periódus 95 percig tart melynek 60%-a napos, 40%-a pedig Földárnyékba esik. A kocka energiaellátását a 6 oldalán található napelemek látják el, energiatárolásra pedig a műhold belsejében található akkumulátor szolgál. Hőtanilag a SMOG-1 akkumulátora a legkritikusabb, mert ahhoz hogy üzemeljen, a hőmérséklete nem csökkenhet 0 °C alá és nem mehet 45 °C fölé. A kicsiny belső hely és a működéshez szükséges áramkörök miatt nincs lehetőség aktív fűtés beépítésére, tehát elsősorban passzív hőszigetelés alkalmazható.
A numerikus hőechnikai vizsgálatot Ansys szoftvercsomag segítségével végezzük. A műhold pályájának ismeretében meghatároztam egy periódusra vonatkozó beérkező hőáramokat. Felhasználva a meghatározott hőtani környezetet és a műhold geometriáját, fokozatosan felépítettem a műhold modelljét. Eleinte egyszerűbb modellel vizsgáltam a műhold hőmérséklet-ingadozását különböző szigetelések mellett. Egy lehetőség az akkumulátor egy nyáklap felületére rögzítése, de távtartók beépítése javasolt a hőingadozás mérséklése érdekében. Így különböző anyagú távtartók hatását vizsgáltam. Ezután kiválasztottam a megfelelő szigetelőfóliát illetve a távtartó anyagát és már a konkrét szigetelés ismeretében tovább vizsgáltam a műholdat a modell és az anyagjellemzők pontosításával. Ezek mellett sor került a műhold termo-vákuumos mérésére amihez validációs számítást készítettem.
