Diseño y Construcción de un Nano satélite. Daniel Romero Valdés, Hugo Rodríguez Cortes 8 de diciembre de 2005
Resumen La industria satelital esta exerimentando una transici!on "acia la miniaturizaci!on de comonentes # sistemas, es asi $ue los sat !elite !elites s e$uen e$uen%os %os se "an &uelto &uelto mu# oula oulare res' s' Los Los sat!e sat!elit lites es e$uen%os tienen grandes &enta(as resecto a los sat!elites de gran taman% taman%o' o' )or un lado, lado, los costo costos s de lanzam lanzamien iento to erman ermanece ecen n relati&amente ba(os # constantes # or otro, el gran auge de los sistemas micro electromec!anicos "a ermitido la miniaturizac!on de &arios &arios de los subsis subsistem temas as $ue con*o con*orma rman n un sat!el sat!elite ite'' +stas +stas cond condic icio ione nes s "an "an redir edirig igid ido o los los es*u es*uer erzo zos s de los los inge ingeni nier eros os aero aeroes esa aci cial ales es "aci "acia a la crea creaci ci!o !on n de sist sistem emas as sat! sat!el elit ital ales es,, con*ormados de &arios nano sat!elites, $ue realizaran las tareas de los sat!elites de gran taman%o' La mini miniat atur uriz izac acio io!n !n de com comon onen ente tes s dema demand nda a dise disen% n%os os estructurales acordes a la alta tecnolog!a emleada en el disen%o de los subsistemas del sat!elite' +sto re$uiere de una estructura sumamente e-ciente $ue mantenga la rig!dez re$uerida con masa m!nima' +n este reorte se resenta el disenn%o estructural de un nanosat!elite' Con este ob(eti&o, en el Ca!tulo . se resentan algunas de las estructuras utilizadas en los nanosat!elites' +n el Ca !tu !tulo lo 2 se dete determ rmin ina a la dist distri ribu buci ci!o !on n de los los subs subsis iste tema mas s # se describen las condiciones de carga a las $ue estara sometido el nanosat!elite'
Cap´ıtulo 1
INTRODUCCION´ La e&olucio!n tecnolo!gica actual "a ermitido la construccio!n # desarrollo de sat!elites de dimensiones e$uen%as' e$uen%as' +l rinciio en el $ue se *undamentan es en la miniaturizacio!n de comonentes # sistemas, mediante la cual es osible conseguir altas restaciones a cambio de un taman%o # eso reducidos' Los rimeros sat!elites e$uen%os lanzados a rinciios de .//0 ten!an un eso de .. a . 1g # una *orma cu!bica con dimensiones menores a .50 mm de cada cada lado lado'' Los a&an a&ance ces s tecn tecnol olog ogic icos os actu actual ales es er ermite miten n el lanzamiento de los satelites llamados nanosat!elites eso menor a .01g3 # icosat!elites eso menor a .1g3' Los Los nanosa nanosat!e t!elit lites es # icosa icosat!e t!elit lites es tienen tienen grande grandes s &enta( &enta(as as rese resecto cto a los sat!e sat!elit lites es de ma#or ma#ores es dimens dimension iones, es, entre entre las $ue destaca el ba(o costo de lanzamiento' +sto los "ace atracti&os ara instituciones de educaci!on $ue buscan caacitar a sus estudiantes en el disen%o aeroesacial # al mismo tiemo tener resencia en ro#ectos aeroesaciales' +s en este marco $ue surge el ro#ecto Cue!at desarrollado en un es*uerzo con(unto entre la 4ni&ersidad +statal )olit!ecnica de Cali*ornia en an Luis 6biso # el Laboratorio de Desarrollo de istemas +saciales de la 4ni&ersidad de tan*ord'
+l rograma de Cubeat gestiona oortunidades de lanzamiento ara los sat!elites disen%ados ba(o el rograma' )ara "acer esto, se roorciona 4na *orma *!sica esta!ndar # autas del disen%o' 4n sistema de desliegue )7)6D3 robado # estandarizado' Coordinacio!n de documentos # de licencias re$ueridos de la exortaci!on'
nstalaciones ara integracio!n # ruebas de
acetacio!n' +n&!o del sat!elite al sitio del lanzamiento e integracio!n al &e"iculo de lanzamiento' Con-rmaci!on de desliegue e in*ormaci!on telemetrica'
.
1.1.Re"uerimientos ´asicos del Cue!at #1$ 1.1.1. %asa Cada sat!elite no debe exceder de . 9g de masa' +l centro de masa debe estar entre 2 cm de el centro geometrico'
1.1.&. 'structura :ener cuatro ilares en la cara suerior # cuatro en la i n*erior de ; mm de altura ara roorcionar searaci!on entre los nanosat!elites' Deber!a existir una searaci!on de 8'5 mm en cada cara lateral entre la suer-cie interior del contenedor # la suer-cie exterior del nanosat!elite con la -nalidad $ue !este se deslace libremente' Los bordes de los rieles $ue entran en contacto con los carriles del mecanismo de desliegue deben ser redondeados, los rieles deben medir or lo menos ;5< de la longitud osible 85'.25 de ..='5mm3' :o re&ent cold>?elding, ra? metal is not allo?ed as t"e contact sur*ace o* t"e bottom stando@' Derlin inserts, or a "ard anodize are examles o* accetable contact sur*aces' Las suer-cies externas del Cubeat deben estar anodizadas ara re&enir desgaste al deslizarse en los rieles # al estar en contacto con otros Cudeats'
Los resortes deben ser ubicados en las areas de contacto sen%aladas &er la Aigura .'. 3' e recomiendan los resortes *abricados or B'' Vail numero de arte BD>5.) (http://www.mjvail.com), o ser localizados en BcBaster>Carr numero de arte 8/85;E (http://www.mcmaster.com) 4na modi-caci!on en el sistema debe ser aro&ado or el ersonal de lanzamiento de Cal )ol#7tan*ord' e re$uiere un interrutor de deslieguese recomiendan dos3 ara cada Cubeat' Los interrutores de desliegue estar ubicados en la suer-cie suerior de or lo menos uno de los cuatro searadores del Cubeat re-ere a la Aigura .'.3'
1.1.(. %aterial e recomienda ara la estructura rincial el uso de luminio ;0;5 !o E0E.:E' i otro material es usado la esansi!on t !ermica del material debe ser similar a la del luminio ;0;5> :;= # aro&ada or el ersonal de lanzamiento Cal )ol#7tan*ord'
1.1.).Comunicaci´on Deber!a "aber un retraso de &arios minutos a una "ora antes de $ue se de la orden de $ue se acti&en todos los transmisores rimarios' Los transmisores de ba(a otencia se ueden acti&ar desu!es del desliegue' Los oeradores deben contar con la licencia arobatoria ara el uso de la *recuencia'
1.1.*. +otencia 4tilizando bater!as los Cubeats deben tener la caacidad ara recibir un comando ara el aro del transmisor obedeciendo las ordenes de la comutadora en &uelo' e re$uieren conenctores remo&ibles ara acti&ar !o desacti&ar el Cubeat durante su integracio!n *uera de la unidad de desliegue # seran remo&idos una &ez $ue el Cubeat sea colocado dentro de la unidad de desliegue'
1.&. Disen,os estructurales dentro del proyecto Cue!at lgunas de las instituciones $ue esta!n desarrollando ro#ectos de nanosat!elites en el marco del ro#ecto Cubeat sonF nstitucion! Gombre del )ro#ecto 4ni&ersidad )olit!ecnica de Cali*ornia C). # C)2 4ni&ersidad de as"ington 4 Cubeat 4ni&ersidad de :oronto CanI>. 4ni&ersidad de Lo?a C#sat
4ni&ersidad tan*ord Garcisat Colegio Dartmou*t" Dartsat 4ni&ersidad :#lor :4:. 4ni&ersidad de Cornell C+ cube 4ni&ersidad alborg 4 Cubeat Centro de +xcelencia ara ist' Csat utonomos 4ni&ersidad :!ecnica de Goruega GC4J+ 4ni&ersidad de Gi"on, ao!n ++D Cuadro .'.F )ro#ectos Realizados Las estructuras aeroesaciales re$uieren disen%os ligeros, or ello se "an desarrollado grandemente tecnologias en las u!ltimas cuatro d!ecadas logrando una e-ciencia ma#or usando una combinacio!n de &arios disen%os # materiales'
Aigura .'.F Dimenciones del Cubeat'
continuaci!on se describen algunos disen%os estructurales basados en el ro#ecto Cubeat'
1.&.1. C-!sat#&$ La estructura cumle con los re$uerimientos de disen%o del Cubeat # esta comuesta or los siguientes elementosF rieles 8,5K8,5K..=,5mm3, .E barras en L 5K5K.2mm3, 8 barras trans&ersales 5K5K80mm3, lacas laterales, 2 lacas una suerior # una in*erior' +l eso de la estructura es de .;E ,=g # el eso total del nanosat!elite considerando todos sus subsitemas es de ;/,5g, la estructura se muestra en la Aigura .'2'
Aigura .'2F +structura Casat'
1.&.&. -UU Cue!at#($ u disen%o esta basado en un marco de luminio manu*acturado en una sola ieza, la cual se extra(o de un s!olido, el eso es de .=.,g # las lacas suerior, in*erior # laterales esta!n "ec"as de -bra de carbono, el eso total del 44 Cubeat es de /.8,=g, se muestra en la Aigura .'='
1.&.(. NCU'#)$ +l eso de la estructura es de 200g # el eso total es /;g'
Aigura .'=F +structura uu Cubeat'
1.&.). !''D!#*$ La *orma de la estructura es mu# simle, consta de una laca suerior # una in*erior unidas (usto en su arte media or una laca, como se uede obser&ar en la Aigura .''
Aigura .'F +structura ++D'
1.&.*. Cy!at u estructura esta comuesta or E lacas de luminio manu*acturadas, la inio!n de todas con*orman un cubo, la estructura se muestra en la Aigura .'5'
1.(. '!I%'!at +l inicio # desarrollo de la tecnolog!a esacial en B!exico se inicio a rinciios del los an%os /0s donde surgieron di*erentes ro#ectos con la -nalidad de imulsar a nuestra naci!on a *ormar arte del !ambito aeroesacial, e(emlo de ello "an sido ro#ectos comoF 4GB:, las estaciones de control terrestre de los sat!elites Borelos, olidaridad # :B+I'
Aigura .'5F +structura C#at'
+l nstituto )olitecnico Gacional decidio! iniciar un lan ara crear tecnolog!a esacial utilizando recursos roios # desarrollando con&enios de colaboracio!n con otras instituciones del a!s, or ello el disen%o aeroesacial en la +scuela uerior ngenier!a Bec !anica # +l!ectrica 4nidad :icom!an se remonta al an%o .//= con el ro#ecto de disen%o de un microsat!elite exerimental SATEX 13 ao#ado en la -rma de contratos $ue realiz!o :elecomunicaciones de B!exico con la emresa euroea ARIANESA!E ara el lanzamiento de los sat!elites alidaridad # # osteriormente en el )rograma de n&estigaci!on eron!autica # +sacial del )G, es as ! como surge el rimer ro#ectoesacial donde articiaron instituciones comoF 4ni&ersidad ut!onoma de B!exico4GB3, Centro de n&estigaci!on de Circuitos # +studios ueriores de +nsenada CC++3, Centro de n&estigaci!on # +studios &anzados del )G CGV+:V3, nstituto Gacional de stro*!sica 6tica # +lectr!onica G6+3, 4ni&ersidad ut!onoma! de )uebla 4)3, Centro de n&estigaci!on en Batema!ticas CB:3, +scuela uerior de ngenier!a Bec!anica # +l!ectrica +B+ 4')' Macatenco3' Con la intenci!on de seguir roorcionando a los estudiantes las "erramientas ara tener !exito en la industria aeroesacial se roone la construccio!n de un nanosat!elite'
1.).%isi´on del 'sime!at :ener un nanosat!elite $ue otimice la relaci!on Resistencia> )eso, el disen%o debe ermitir alo(ar di*erentes tios de carga, desarrollar el control total de la actitud, "acer una lata*orma ara osteriores ro#ectos de la escuela, as! mismo robar el uso de nue&as tecnolog!as en el disen%o, materiales, comunicaci!on # control de la actitud'
Cap´ıtulo &
DI!'NO '!TRUCTUR-/, La estructura es el subsistema rincial de todo &e"iculo aeroesacial #a $ue sir&e de soorte ara todos los subsistemas $ue se encuentran tanto en el interior como en el exterior del &e"iculo aeroesacial' )or !esta razo!n, es mu# imortante $ue el disen%o de la estructura sea el adecuado # lo su-cientemente resistente ara lle&ar a cabo de manera segura todas las etaas de la misi!on' +l rincial ob(eti&o en el disen%o estructural es la minimizacio!n de la masa siemre &eri-cando la e-ciencia # com-abilidad del disen%o' Como rimer aso es establecer las eseci-caciones del disen%o basadas en los re$uerimientos $ue debe tener la estructura ara cumlir con la misi!on entre ellos esta la distribucio!n de la carga u!til # los subsistemas $ue debera tener el sat!elite, caacidad de soortar las cargas de lanzamiento, rigidez, roteccio!n t!ermica, alineaci!on, comunicaci!on, suministro de energ!a # accesibilidad a los sistemas # comonentes' )ara realizar el disen%o estructural del +B+at seguiremos un roceso iterati&o cu#as etaas ueden obser&arse en la -gura 2'.' +l roceso inicia con un disen%o reeliminar donde se debe de-nir la misi!on del sat!elite # los subsistemas $ue lo integrar!an' 4na &ez $ue se "an determinado los subsistemas a bordo, se realiza un bos$ue(o concetual de la estructura ara dar una rimera aroximaci!on del &olumen $ue se tiene disonible ara alo(ar la carga u!til # los subsistemas, desues de ello, se uede rooner la *orma de como $uedar!an distribuidos en la estructura del sat!elite # as! mismo se designara! la cantidad de masa m!axima de cada uno de ellos' +l segundo unto de inicio es determinar las cargas esta!ticas # din!amicas a las $ue estara sometido el sat!elite asi como determinar las condiciones de carga cr!ticas en las cuales estara! basado el ca!lculo estructural'
&.1.!usistemas de los sat´elites#0$ Los sat!elites ueden tener *ormas o aariencias exteriores mu# di*erentes # ser utilizados ara -nes mu# distintos, ero, se encuentran rinciios de construccio!n # organizacio!n mu# similares como lo son los elementos gen!ericos $ue
/
Cargas transmitidas or el &e"iculo de lanzamiento
Con-guracion estructural del nanosatelite
Re$uerimientos *uncionales de los subsistemas
DiseNo reeliminar de la estructura
Re$uerimientos basicos del rograma Cubeat
nalisis estructural +s*uerzos 3
Bateriales
nalisis :ermico 3
Bodi-car si es necesario
Veri-cacion del diseNo
Aabricacion
)ruebas
Aigura 2'.F )roceso de disen%o de la estructura del nanosat!elite
comonen a un sat!elite' Carga u!til' )lata*orma' La carga u!til es la razo!n de ser del nanosat!elite, esta reresentada or todos a$uellos elementos $ue son los medios # "erramientas ara el estudio # roo!sito de la misi!on o $ue sir&en de ob(eti&o de disen%o del &e"iculo' La lata*orma esta comuesta or todos los subsitemas $ue comonen a un nanosat!elite # "acen $ue !este *uncione correctamente # cumla con su misi!on, a continuaci!on se mencionan los mas imortantes'
&.1.1.Determinaci´on y control de la actitud +l ob(eti&o del subsistema de control de actitud es satis*acer la necesidad de $ue el sat!elite describa una !orbita bien de-nida, or lo $ue debe ser caaz de reincororarse a la orbita # mantenerse en ella conser&ando su orientaci!on resecto al ol # a la :ierra, la des&iaci!on en su tra#ectoria uede ser causada or las erturbaciones a las $ue esta sometido or e(emloF el &iento solar, la atraccio!n terrestre' La actitud del sat!elite se logra rincialmente a tra&!es de dos di*erentes *ormasF una asi&a # otra acti&a' El co"trol pasivo no re$uiere energ!a # se logra or medio de un m!astil de gradiente de gra&edad, lo $ue combierte al sat!elite en
un !endulo $ue aunta a la :ierra, !este tio de control mantiene al sat!elite en una sola osici!on, sin embargo, es necesaria una estabilizaci!on secundaria la cual ermita "acer correcciones mu# recisas # giros en caso de ser necesarios ara distribuir el calor uni*ormemente' El co"trol activo emlea un gruo de bobinas de tor$ue magn !etico ermitiendo su estabilizaci!on' Las bobinas roducen camos magn!eticos $ue interactuan con el terrestre roduciendo e$uen%os ares de *uerza $ue ermiten cambiar la osici!on del sat!elite orientando correctamente su estructura rincial en una direccio!n eseci-ca de acuerdo a la misi!on'
&.1.&.Control y procesamiento de datos +l subsistema de rocesamiento de datos o comunmente conocido como la comutadora de &uelo tiene numerosas *unciones como sonF control de azimut, alimentaci!on de energ!a, regulaci!on t!ermica, en&!o de telemetr!a, control de estabilizaci!on, rogramaci!on de carga u!til # control de tra-co de telecomunicaciones' +l control de todas estas tareas es mu# comlicado desde una estaci!on terrestre or ello se incorora # rograma una comutadora $ue "ace un roceso de control al recibir datos de todos los sensores instalados, generar # administrar automa!ticamente todas las ordenes necesarias ara acti&ar los mecanismos # e*ectuar las oeraciones re$ueridas ara un buen *uncionamiento del sat!elite' :odas !estas tareas son lle&adas a cabo or una serie de rogramas caaces de reaccionar ante una &ariada gama de roblemas, si algo gra&e o ineserado ocurre el subsistema desconectara! automa!ticamente todos los sistemas no esenciales, orientara! al sat!elite "acia el ol ara garantizar una adecuada iluminaci!on de las celdas solares e intentara! comunicarse con la :ierra o eserar !ordenes rocedentes de ella, !esta *ase se denomina modo seguro # uede sal&ar la &ida a muc"os sat!elites dando tiemo a la inter&enci!on "umana'
&.1.(.Telecomunicaciones +l subsistema de telecomunicaciones asegura el contacto con el sat!elite el ma#or tiemo osible a manera de $ue !este ueda recibir las ordenes de :ierra ara oerar la carga u!til # mantener sus *unciones &itales, el subsistema esta comuesto or un e$uio transmisor>recetor a bordo # otro en :ierra, los e$uios son mu# imortantes or$ue ermiten tener una comunicaci!on con-able entre el sat!elite en !orbita # los usuarios en :ierra ara en&iarle al sat!elite in*ormaci!on ara $ue la comutadora de &uelo e(ecute acciones determinadas' +l subsistema exige $ue el arreglo de antenas tenga una con-guraci!on aroiada tanto en la *orma como en su orientaci!on ara $ue siemre se tenga comunicaci!on, tambi !en, debe ser reciso or lo $ue no deber!an existir distorsiones $ue ro&o$uen errores en las instrucciones, en&io # receci!on de datos'
&.1.).+otencia el´ectrica +n *orma general el subsistema de otencia consiste en tres elementos rincialesF *uente de energ!a rimaria, *uente de energ !a secundaria # una red de control7distribuci!on de energ!a' #$e"te %e e"er&'a primaria La *orma de generar la energ!a el !ectrica en el esacio es a tra&!es de un roceso de con&ersio!n de energ!a #a sea $uemando combustible !o aro&ec"ando la energ !a solar "aciendo uso de un arreglo de celdas solares $ue una &ez orientadas, roorcionan energ!a a los sistemas, $ue "asta entonces "an utilizado bater!as' +sta energ!a es administrada or un sistema esecial $ue regula el &olta(e # la distribu#e de *orma adecuada al resto de los comonentes' #$e"te %e e"er&'a sec$"%aria Como *uente de energ!a secundaria se utilizan bater!as $ue ro&een energ!a su-ciente ara alimentar a los sistemas e instrumentos cuando la energ!a ro&eniente del ol no uede ser aro&ec"ada, esto ocurre or e(emlo, durante los eclisesO la duracio!n de los eclises deende de la orbita donde se localice el sat!elite, regularmente ara orbitas L+6 la duracio!n de un eclise es de =5 minutos, mientras $ue en orbitas P+6 los eclises solo ocurren en el eriodo e$uinoccial con una duracio!n m!axima de .'2 "oras en un eriodo de 2 "oras' Re% %e co"trol %istri*$cio'" %e e"er&'a es re$uerida ara la aroiada distribuci!on del &oltage ara los subsistemas # recarga de las unidades de baterias, as! mismo, regular las osibles &ariaciones de energ!a $ue suministra el sistema rimario, las causas son el deterioro de los aneles solares # el cambio de orientaci!on de las celdas solares resecto al sol'
&.1.*.Control t´ermico La -nalidad de !este subsistema es mantener a cada uno de los comonentes del sat!elite en un detrminado rango de temeraturas ara el cual esta cali*ocado' 4n sat!elite esta exuesto a la radiacio !n solar directa, or ello es necesario conocer la tra#ectoria del sat !elite # sus di*erentes osiciones resecto a la :ierra # al ol ara oder determinar los di*erentes estados de e$uilibrio t!ermico' +n el esacio exterior la generac!on de calor en el sat!elite solo se e*ectua or radiacio!n, mientras, $ue el intercambio de calor entre los comonentes solo uede "acer se or medio de la conducci!on, or ello es necesario controlar el intercambio de calor entre los di*erentes comonentes del sat!elite ara e&itar $ue las exuestas al ol no se sobrecalienten eligrosamente o or el contrario $ue los comonentes en la sombra se en*r!en excesi&amente #a $ue el ambiente esacial es mu# extremo registrandose temeraturas desde Q0C "asta .00 C'
&.&.!usistemas de '!I%'!at 4na &ez descrita la *uncio!n de cada uno de los subsistemas $ue comonen a un sat!elite se uede comenzar a de-nir los subsistemas con los $ue debe contar el nanosat!elite +B+at ara un correcto *uncionamiento # logro de sus ob(eti&os'
S
Carga u!til
S
)lata*orma >
+structura
>
)otencia el!ectrica
>
:!ermico
>
Determinacio!n # control de la actitudDC3
>
:elecominicaciones
>
Control # rosesamiento de datosCCTDH3
&.(. !uposici´on del peso de los susistemas +n las etaas reeliminares del disen%o de un nanosat!elite, es rimordial conocer exactamente el eso $ue !este tendr!a, ues !esto es de gran imortancia al momento de onerlo en !orbita' Cada uno de los subsistemas suonen un orcenta(e de masa resecto al total, ero la m!as imortante # el -n de un nanosat !elite es la designada a la carga de aga !o carga u!til' La designaci!on de masa ara cada subsistema se "ara siguiendo los siguientes untosF Determinar la masa m!axima ermisible ara el lanzamiento la cual #a esta de-nida # ser!a de .000 gramos segu!n lo descrito en las eseci-caciones del Cubeat' +stablecer el eso $ue tendr!a la carga de aga, $ue en !este caso ser!a del 25<, !este &alor ser!a el m!aximo ermisible basandose en la comaracio!n de los ro#ectos de nanosat !elites mencionados anteriormente.'23' Designar el eso a cada subsistema basandose en la interolacio!n de los &alores de nanosat!elites #a disen%ados # otros satelites e$uen%os' La distribucio!n reeliminar de la masa se muestra en la siguiente tablaF
&.).Distriuci´on interna +s mu# imortante la distribucio!n interna $ue tendra el nanosat !elite, la ubicaci!on de cada subsistema reercute en la localizaci !on de su centro de gra&edad el cual debe estar situado como m !aximo a dos centimetros de su centro geom!etrico,adema!s, los subsistemas se deben ubicar en una zona donde no se reduzcan sus rendimientos # *uncionen correctamente durante toda la misi!on' Como se trata de un disen%o reeliminar no se cuentan con las dimenciones # el eso exacto de cada uno de los subsistemas, sin embargo, se uede "acer ubsistema )orcenta(e Basa Ug
+structura 25< 250 )otencia ./< ./0 :!ermico E< E0 Determinacio!n # control de la ..< ..0 actitudDC3 :elecominicaciones ;< ;0 CCTDH3 ;< ;0 Carga u!til 25< 250 :otal .00< .000 Cuadro 2'.F Distribuci!on eeliminar de la masa ara +B+at una aroximaci!on rooniendo el &alor de cada uno de ellos basandose en las -c"as t!ecnicas de cada uno de los comonentes de los subsistemas utilizados en otros ro#ectos' )ara cada subsistema se roone $ue el eso $ue se resenta en la :abla 2'. se distribu#a uni*ormemente sobre el &olumen de un risma rectangular $uedando de la *orma $ue se muestra en la Aigure 2'2' ubsistema Dimensiones Basa Umm Ug Carga u!til 80 x ;= x =/ 250 :elecomunicaci 80 x ;= x .. ;0 !on DC # CCTDH 80 x ;= x . .80 )otencia 80 x ;= x .E ./0 Cuadro 2'2F uosici!on de &olumen # masa ara cada subsistema
&.*.Caras en el lan2amiento La *ase de lanzamiento ser!a la condici!on mas des*a&orable ara el sat!elite #a $ue !este exerimentara una gran aceleracio!n transmitida or el &e"iculo de lanzamiento # los sat!elites $ue &ia(an dentro del mismo contenedor de lanzamiento' +n esta etaa del disen%o se desconoce el &e"iculo de lanzamieto $ue se utilizara ara oner en orbita a nuestro nanosat !elite' in embargo, se cuenta con in*romaci!on de las cargas esta !ticas # din!amicas $ue transmiten algunos de los &e"iculos de lanzamiento mas oulares' Dic"a in*ormaci!on se resenta en las :ablas 2'=, 2' # 2'5' )ara determinar las cargas a las $ue estara sometido el sat!elite se debe conocer el disositi&o de desliegue en orbita #a $ue de esta manera uede determinarse la osici!on del sat!elite dentro del &e"!culo de lanzamiento' +l contenedor de desliegue esta disen%ado ara resistir una carga de .5 gra&edades su masa total es de aroximadamente .'5 1g # el material utilizado
)otencia DC#CCTDH :elecomunicaci!on Cargau!til
Aigura 2'2F Distribuci!on interna de los subsistemas' Ve"iculo de lanzamiento
celeracion! celeracion! axialUg lateral Ug tlas>Centaur 5'5 2 :itan =>.0 2'5 rian '5 0'2 Delta 5'8>E'/ 2'5 Long Barc" '. 0'E Cuadro 2'=F celeracio!n inducida sobre la estructura durante el lanzamiento es aluminio ;0;5>:;= debido a su alta resistencia' +l contenedor roorciona un recinto bastante *uerte ara roteger a los nanosatelites al mismo tiemo $ue *unciona como una (aula de Aarada# ara roteger la carga u!til contra inter*erencia electromagn!etica' +l contenedor *u!e disen%ado ara alo(ar en su interior tres sat !elites, de tal *orma $ue en una osici!on &ertical del contenedor un satelite estara! soortando el eso roio # el de dos sat!elites mas, &er Aigura 2'=' Bientras $ue en una osici!on "orizontal del contenedor el sat!elite estara! soortando su roio eso, !estas son las dos condiciones de carga esta!tica m!as criticas or$ue la masa de cada sat!elite . 1g3 estara! sometida a una *uerza de aceleracio!n diez &eces ma#or a la gra&edad terrestre /8,.m/s23' )ara asegurar la resistencia de la estructura a !estas cargas se utilizar!a un *actor de seguridad de .'25'
&.*.1.!elecci´on del material +l material $ue se utiliza en la estructura de los &e"iculos aeroesaciales es el luminio combinado con otros metales, !estas aleaciones son ligeras, su eso esec!-co es relati&amente ba(o # aumentan su resistencia mec!anica ademas de oseer caracter !sticas comoF Ve"iculo de Rango de celeracion! lanzamiento Ug Arec'UHz
tlas>
0>50
xial .'0
Lateral 0';
Centaur :itan 5>.00 .'0 0'8 rian 5>.00 .'0 0'E Delta 5>.00 .'0 0'; Long Barc" 8>.00 0'8 0'E Cuadro 2'F Vibracio!n de *recuencia ba(a en di*erentes &e"iculos de lanzamiento Ve"iculo de lanzamiento Rango de celeracion! Arec'UHz Ug tlas>Centaur 20>80 W/%+/oct 80>200 0,0=&2 /- 200>.500 Q/%+/oct riane 20>.50 WE%+/oct .50>;00 0,0&2 /- ;00>2000 Q=%+/oct Long Barc" .0>.00 W=%+/oct .00>800 0,0&2 /- 800>2000 Q.2%+/oct Cuadro 2'5F Vibracio!n aleatoria en di*erentes &e"iculos de lanzamiento )eso ligero Ja(a densidad Pran maleabilidad lta resistencia a la corrosi!on Pran conducti&idad el!ectrica # t!ermica usencia de roiedades magn!eticas Aacilidad de ma$uinado lta relaci!on resistencia>eso Las aleaciones $ue se "an utilizado en la estructura de nanosatelites son las seriesF l>E0E0>:E # L>;0;5>:;=, las rimeras contienen ilicio # Bagnecio lo $ue dan la dureza a tra&!es del tratamiento t!ermico, mientras $ue las segundas contienen Minc, Bagnecio, Cobre # )lomo a -n de aumentar muc"o m!as su resistencia m!ecanica' Deendiendo de los resultados $ue se obtendra!n en el an!alisis estructutal se "ara! una seleccio!n del material mas aroiado ara la construccio!n de la estructura'
Aigura 2'=F Condiciones de carga critica'
&.0. -N-/I!I! '!TRUCTUR-/´ &.0.1.-n´alisis estructural est´atico La estructura debe ser disen%ada de tal *orma $ue resista las cargas $ue se alican durante su manu*actura, durante su &ida u!til # sobre todo las alicadas durante el lanzamiento, es una exigencia conocer todas las osibles condiciones de cargas esta!ticas ara $ue !esta no *alle en una condici!on cr!tica'
&.0.&. !impli3caci´on de la estructura para an ´alisis esta´tico +l ob(eti&o de "acer una simli-cacio!n en la *orma de la estructura es ara *acilitar el an!alisis # asi obtener el &alor de es*uerzo $ue se genera en cada elemento $ue la comone' La estructura rouesta es "acer un cubo a artir de dos mitades simetricas las cuales estara!n *ormadas or dos lacas en *orma triangular # tres barras cuagradas $ue ser!an el *ondo de la ieza
´Indice eneral 1. INTRODUCCION´ 1 .'.'
Re$uerimientos ba!sicos del Cubeat U. ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' 2
.'.'.' 2
Basa ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
.'.'2' 2
+structura
.'.'=' 2
Baterial ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
.'.'' =
Comunicaci!on ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
.'.'5' =
)otencia ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
''''''''''''''''''''''''''
.'2' Disen%os estructurales dentro del ro#ecto Cubeat ' ' ' ' ' ' ' ' = .'2'.' 5
CsatU2 ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
.'2'2' 5
44 CubeatU= ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
.'2'=' 5
GC4J+U
.'2'' E
++DU5 ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
''''''''''''''''''''''''''
.8
.'2'5' E
C#at ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
.'=' +B+at ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' E .'' Bisi!on del +simeat ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' 8 &. DI!'NO '!TRUCTUR-/, 4 2'.'
ubsistemas de los sat!elitesUE ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' /
2'.'.' '.0
Determinacio!n # control de la actitud
2'.'2' ..
Control # rocesamiento de datos ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
2'.'='
:elecomunicaciones ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ..
2'.''
)otencia el!ectrica ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' .2
2'.'5'
Control t!ermico ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
.2
2'2'
ubsistemas de +B+at ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
.2
2'='
uosici!on del eso de los subsistemas ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' .=
2''
Distribuci!on interna ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
2'5'
Cargas en el lanzamiento
2'5'.' .5 2'E'
' '' '' '' ' ' '
.=
' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' .
elecci!on del material
''''''''''''''''''''
GL +:R4C:4RL ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '!
./
.;
2'E'.' .;
n!alisis estructural esta!tico ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
2'E'2' imli-caci!on de la estructura ara an!alisis esta !tico ' ' ' .;
´Indice de cuadros .'.' )ro#ectos Realizados ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' '
=
2'.' Distribuci!on eeliminar de la masa ara +B+at ' ' ' ' ' ' ' ' . 2'2' uosici!on de &olumen # masa ara cada subsistema ''''''' . 2'=' celeracio!n inducida sobre la estructura durante el lanzamiento ' .5 2'' Vibracio!n de *recuencia ba(a en di*erentes &e"iculos de lanzamiento .E 2'5' Vibracio!n aleatoria en di*erentes &e"iculos de lanzamiento ' ' ' ' .E
20
iliora5´ıa U. )ro*' ordi )uig>uari, Desin 'speci3cations Document, Det' o* eronautics and stronautics, Cali*ornia )ol#tec"n tate 4ni&ersit# an Luis 6biso, C' gosto 200=' U2 idan Jettridge, C-!!-T !tructural !usystem, 4ni&ersit# o* #dne#, Go&ember 200' U= http://www.lcto.%/%owloa%/mass*$%&et01202rev30.p%4 U an 6tterstad, -ntenna system 5or NCU', +lectronics and :elecommunication at t"e Gor?egian 4ni&ersit# o* cience and :ec"nolog# G:G43, une 200=' U5 atos"i 69ino, 1azumasa ase, De6elopment o5 Cue!at 7!''D!7, Deartment o* erosace +ngineering College o* cience and :ec"nolog#, Gi"on 4ni&ersit#, aanO etember 200' UE )eter Aortescue and o"n tar9, !pacecra5t 'nineerin,+ditorial ile#, egunda +dicio!n'
2.
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