Análisis térmico de un sátelite del tipo Cube -Sat

Abstract

La investigación aeroespacial ha sido el motor del desarrollo tecnológico actual, grandes avances de la técnica se han dado gracias a la investigación que grandes potencias han desarrollado en este campo. Hasta hace algunos años era imposible pensar que países en vía de desarrollo pudieran participar en actividades de investigación y desarrollo relacionado a la tecnología satelital. En el 2009 la Universidad Nacional de Ingeniería ha encarado el reto de ingresar en el diseño y construcción de satélites, para que esto sea posible, el satélite que ha sido construido es un “nano-satélite”, satélite económico de dimensiones de 10x10x10 cm3, en el presente básicamente es un satélite educativo, pero que en prospectiva tiene un gran potencial incluso para sustituir a los satélites grandes y costosos. El presente trabajo de tesis reporta el desarrollo del análisis térmico realizado al nano-satélite “Chasqui 1”. El desarrollo de este análisis se divide en dos tipos; uno macro y otro micro, el análisis térmico macro se realiza considerando al satélite como un cuerpo compacto con temperatura uniforme, mientras que el análisis micro se realiza ayudados por el software de simulación ANSYS, el cual por medio de elementos finitos calcula la temperatura de cada parte del satélite, durante toda su órbita. Los resultados del trabajo indican que el nano-satélite chasqui 1 estará expuesto a un rango de temperatura de -30 a 15 ⁰C. Adicionalmente este trabajo de tesis reporta las pruebas de vacío térmico a temperaturas altas realizadas al nano-satélite Chasqui 1, las cuales nos indican que los sistemas del nano-satélite no presentan problemas de funcionamiento en las condiciones de temperatura y presión espacial. Finalmente como resultado del trabajo se recomienda para proyectos futuros implementar un sistema de control térmico pasivo, mediante superficies selectivas y materiales cambio de fase como acumuladores de calor.

The aerospace research has been the engine of technological progress; technical breakthroughs have come from research that developed countries have achieved in this field. Until a few years ago was unthinkable that developing countries can participate in research and development related to satellite technology. In 2009, the National University of Engineering has faced the challenge of entering to the design and construction of satellites. To do this possible, a nano satellite called “Chasqui 1”, whose dimensions were 10x10x10 cm3, was built. Nanosatellites currently have educational purposes but in the future it is projected that they will be used in commercial applications. This thesis reports the development of thermal analysis of nano-satellite “Chasqui 1“. The development of this analysis is divided in two types: a macroanalysis and a microanalysis. The macroanalysis is performed considering to the satellite as a compact body with uniform temperature while the microanalysis is aided by simulation using the software ANSYS which, by means of finite element method, calculates the temperature of each part of the satellite during the course of its entire orbit. The results of this study indicate that the nano-satellite Chasqui 1 will be exposed to a temperature range of -30 to 15 ⁰C. Additionally, this thesis reports the thermal vacuum testing at high temperatures made to the nano-satellite Chasqui 1, which indicate that the nano-satellite systems have no problems operating in the conditions of temperature of 60⁰C and pressure of 10-4 mbar. Finally, as a result of work, it is recommended for future projects the implementation of a passive thermal control using selective surfaces and phase change materials as heat accumulators.