System Kontroli Termicznej

Thermal Control System
System Kontroli Termicznej
Zespół odpowiedzialny za przeprowadzenie analiz termicznych w celu weryfikacji temperatur uzyskiwanych przez komponent w czasie ich operacji na orbicie okołoziemskiej. W warunkach kosmicznych wymiana ciepła różni się od Ziemskich w znacznym stopniu, a główną przyczyną jest znikomy wpływ konwekcji, co znacząco komplikuje balans cieplny na satelicie i może przyczynić się do uzyskiwania ekstremalnych temperatur. W zależności od elementów i warunków panujących na orbicie, szacuje się wahania temperatur w granicach nawet od -100°C do ponad 100°C. Ponieważ dozwolone (operacyjne) wartości dla podzespołów elektronicznych znajdują się w znacznie węższym zakresie, inżynierowie termiczni zobowiązani są do wykrycia wadliwych konfiguracji i znalezienia rozwiązań, które pozwolą utrzymać dopuszczalny poziom temperatur na istotnych podzespołach przez cały zakres misji satelity.

Głównym zadaniem TCS w projekcie PW-Sat2 jest przeprowadzenie analiz termicznych w celu sprawdzenia konfiguracji satelity zaproponowanej przez zespół mechaniczny, oraz znalezienia najbardziej optymalnego rozwiązania, pozwalające uzyskać balans termiczny odpowiedni dla wymagań podzespołów elektronicznych i optycznych. Z powodu surowego środowiska przestrzeni kosmicznej wprowadzone zostały limity temperatur i marginesy bezpieczeństwa na wszystkie komponenty w celu zapewnienia przetrwania w trudnych do przewidzenia warunkach kosmicznych. Innym zadaniem TCS jest zaprojektowanie systemu zarządzania ciepłem, w sposób pasywny lub aktywny, który będzie w stanie skontrować ekstremalne temperatury.

Aktualnie zespół TCS przeprowadził testy termiczne modelu Structural Thermal Model (STM) poprzez symulację warunków zbliżonych do panujących na orbicie. W tym celu wykorzystana została wymrażarka firmy Spacive, dzięki której udało się uzyskać temperaturę otoczenia rzędu -180°C i grzałki kaptonowe, imitujące dyssypację ciepła z elementów elektronicznych oraz wpływ promieniowania słonecznego na satelitę.

Całość testów odbyła się w Centrum Badań Kosmicznych w komorze próżniowej, gdzie udało się uzyskać próżnię rzędu 10-8 mbar. Dzięki testom zdobyliśmy wiele cennych informacji o rozkładzie temperatur na modelu zbliżonym do modelu lotnego, które pozwoliły zweryfikować dotychczasowe analizy.

Następnym krokiem jest wykorzystanie wyników ze wspomnianych testów i przeprowadzenie korelacji modelu i uzyskania bardziej dokładnych wyników w następnym analizach. Jeśli pomimo wprowadzonych zmian, wyniki nadal będą zgodne z wymaganiami, ostateczna konfiguracja satelity zostanie zaakceptowana pod względem termicznym.

Dodatkowo, model lotny musi jeszcze przejść cykl wygrzewania (ang. bake-out) w warunkach próżniowych w celu odgazowania powierzchni oraz wykonania testów funkcjonalnych, które pozwolą zweryfikować, czy wpływ podwyższonej temperatury nie wpłynie negatywnie na działanie podsystemów złożonych w całość

Alan Budzyński

Analizy termiczne PW-Sata2 zostały wykonane z wykorzystaniem oprogramowania ESATAN-TMS

Wsparcia zespołowi w przeprowadzeniu testów termicznych satelity udzieliły:

Spacive

Centrum Badań Kosmicznych PAN