System Kontroli Termicznej

Zespół TCS (Thermal Control System) przeprowadził analizy termiczne w celu weryfikacji temperatur uzyskiwanych przez podsystemy 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.

Model termiczny PW-Sat2 - własności termo-optyczne

Model termiczny PW-Sat2 – własności termo-optyczne

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, zadaniem tego zespołu jest znalezienie rozwiązań, które pozwolą utrzymać dopuszczalny poziom temperatur na istotnych podzespołach przez cały okres misji PW-Sat2.

Następnym krokiem było przeprowadzanie testów na modelu symulującym PW-Sat2 oraz porównanie wyników testów z symulacjami, następnie przeprowadzenie korelacji modelu i uzyskania bardziej dokładnych wyników w kolejnych analizach.

Weryfikacja symulacji termicznych

Zespół TCS przeprowadził testy termiczne modelu Structural Thermal Model (STM) PW-Sat2 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.

Spacive

Wydzielanie ciepła z elementów elektronicznych oraz wpływ promieniowania słonecznego na satelitę symulowano grzałkami kaptonowymi. Całość testów odbyła się w Centrum Badań Kosmicznych w komorze próżniowej, gdzie udało się uzyskać próżnię rzędu 10-8 mbar.

Centrum Badań Kosmicznych PAN

Dzięki testom zdobyliśmy wiele cennych informacji o rozkładzie temperatur na modelu zbliżonym do modelu lotnego, które pozwoliły zweryfikować dotychczasowe analizy.

Model STM PW-Sat2 - testy w komorze termiczno-próżniowej

Model STM PW-Sat2 – testy w komorze termiczno-próżniowej

background

Dodatkowo model lotny PW-Sat2 przeszedł cykl wygrzewania (ang. bake-out) w komorze termiczno-próżniowej w celu odgazowania materiałów oraz wykonania testów funkcjonalnych, które pozwoliły zweryfikować, czy wpływ podwyższonej temperatury nie uszkodziły podsystemów satelity. Szczególnie wrażliwym podsystemem na temperatury są akumulatory.

Bake-out PW-Sat2 - CBK PAN

Bake-out PW-Sat2 – CBK PAN

Wyniki pomiaru masy przed i po wygrzewaniu pokazały, że współczynnik utraty masy TML po odgazowaniu wyniósł około 0.06%. Taki współczynnik spełnia wymagania stawiane przez firmę pośredniczącą w wystrzeleniu satelity na orbitę. Oznacza to, że użyto odpowiednich materiałów do budowy PW-Sat2.

Oprogramowanie użyte do symulacji termicznych

Symulacje termiczne PW-Sat2 zostały wykonane z wykorzystaniem oprogramowania ESATAN-TMS:

ESATAN-TMS

Podczas symulacji termicznych ESATAN-TMS uwzględnia m.in. własności termo-optyczne użytych materiałów, wydzielanie ciepła przez podsystemy oraz energię w postaci promieniowania dostarczaną przez Słońce, czy nawet albedo Ziemi. Na podstawie wprowadzonych orbit symulowanego satelity wyznacza zakres temperatur dla podsystemów. Pozwala to na podjęcie odpowiednich decyzji podczas rozmieszczania podsystemów wewnątrz satelity oraz podczas projektowania struktury mechanicznej.