3U ve 12U küp uyduların fırlatma ve uzay koşullarındaki yapısal davranışlarının incelenmesi

Year 2024, Volume: 15 Issue: 2, 435 - 451, 30.06.2024

Ahmet Özdemir , Şakir Altınsoy , Nuray Beköz Üllen , M. Hüsnü Dirikolu

https://doi.org/10.24012/dumf.1447963

Abstract

Günümüzde uzay ortamındaki çalışmalara yönelik bilimsel araştırmalarda, işlevsellik ve maliyet açısından uygun olan çeşitli uydular ve bileşenleri geliştirilmektedir. Bunlar arasında Küp uydular düşük olan fırlatma maliyetleri nedeniyle araştırma ve geliştirme projelerinde yoğun ilgi görmektedir. Uyduyu fırlatma sırasında oluşabilecek hataları önlemek için küp uyduların tasarımları ve testleri sürekli gelişim halindedir. Bu çalışmada, 3U ve 12U tipi küp uyduları ve fırlatma kutusunun (P-POD) en kritik alt sistemlerinin tasarımları SOLIDWORKS 3D programı kullanılarak yapılmıştır. Hafiflik, üretilebilirlik ve göreceli rijitlik gibi özellikleri nedeniyle uydu üretiminde Al 6061-T1 (Al-Mg-Si) alaşımı tercih edilmiştir. Söz konusu Küp uydular için şasi yapısı, alt sistemleri, dağıtım mekanizmaları ve fırlatma kutusu için katı modellemeler ayrı ayrı oluşturulmuş ve sonradan tüm parçalar montajlanarak nihai küp uydu model tasarımları tamamlanmıştır. Daha sonra bu tasarımlar esas alınarak, Dünya yüzeyindeki ve uzay ortamındaki statik ve titreşim analizleri ANSYS 2022 R1 Sonlu Eleman programıyla incelenmiştir. Son olarak uyduların fırlatma ve uzay koşullarında ortaya çıkan yapısal davranış farklılıkları karşılaştırılmıştır.

Keywords

Kompozit güneş paneli, küp uydular, güneş yelkenli, fırlatma kutusu.

References

• [1] S. Duijsens, “Cubesat deployment”, Master Theses, Université de Liège -iAcademic, Université de Liège -iAcademic, 2017. Erişim: 08 Ekim 2023. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://matheo.uliege.be/bitstream/2268.2/2586/2/TFE%20Summary.pdf
• [2] K. N. Shukla, “Heat pipe for aerospace applications—an overview”, Journal of Electronics Cooling and Thermal Control, c. 5, sy 01, s. 1, 2015.
• [3] H. Heidt, J. Puig-Suari, A. Moore, S. Nakasuka, ve R. Twiggs, “CubeSat: A new generation of picosatellite for education and industry low-cost space experimentation”, 2000, Erişim: 18 Ekim 2023. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://digitalcommons.usu.edu/smallsat/2000/All2000/32/
• [4] J. E. Herrera-Arroyave, B. Bermúdez-Reyes, J. A. Ferrer-Pérez, ve A. Colín, “CubeSat system structural design”, içinde 67th International Astronautical Congress. Guadalajara, Mexico, 2016, ss. 1-5. Erişim: 18 Ekim 2023. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://www.academia.edu/download/54613490/IAC-2016_Barbara.pdf
• [5] P. Wallace, A. Kalapura, ve S. I. Kim, “Thermal Modelling and Analysis of a Cube Satellite, EIRSAT-1: Steady Analysis”, içinde 2018 AIAA SPACE and Astronautics Forum and Exposition, Orlando, FL: American Institute of Aeronautics and Astronautics, Eyl. 2018. doi: 10.2514/6.2018-5285.
• [6] D. Q. Dinh, “Thermal modeling of NanoSat”, M.S., Ann Arbor, United States. Erişim: 18 Ekim 2023. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://www.proquest.com/docview/1145711379/abstract/52292285D38F4D7APQ/1
• [7] R. Coker, “Thermal Modeling in Support of the Edison Demonstration of Smallsat Networks Project”, içinde 43rd International Conference on Environmental Systems, Vail, CO: American Institute of Aeronautics and Astronautics, Tem. 2013. doi: 10.2514/6.2013-3368.
• [8] J.-R. Tsai, “Overview of Satellite Thermal Analytical Model”, Journal of Spacecraft and Rockets, c. 41, sy 1, ss. 120-125, Oca. 2004, doi: 10.2514/1.9273.
• [9] S. Czernik, “Design of the Thermal Control System for Compass-”, University of Applied Sciences Aachen, FACH Hochschule Aachen, Germany, ss. 4-91, 2004.
• [10] K. Koçyiğit, “Savunma Sanayiinde Kullanılan su Araçlarının Al 6061 Malzeme Yüzeylerinde Kaplama Yöntemleri Uygulanarak Korozyon ve Aşınma Etkilerinin Deneysel Incelenmesi”, Master’s, Ann Arbor, United States, 2022. Erişim: 18 Ekim 2023. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://www.proquest.com/docview/2787195769/abstract/C99C62680A62448FPQ/1
• [11] K. I. M. Rokstad, R. Birkeland, ve N. P. Vedvik, “Investigation of using composite materials for the cubesat primary structure”, içinde European Cubesat Symposium, Brussels, 2012.
• [12] M. A. Mojica, “Structural Subsystem Design, Analysis and Optimization for a Nanosatellite”, PhD Thesis, MS Dissertation, San José State University, Department of Mechanical and …, 2012.
• [13] C. L. Stevens, J. L. Schwartz, ve C. D. Hall, “Design and system identification of a nanosatellite structure”, içinde Proceedings of the 2001 AAS/AIAA Astrodynamics Specialists Conference, Quebec City, Quebec, 2001. Erişim: 18 Ekim 2023. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://www.researchgate.net/profile/Christopher-Hall-12/publication/240610268_DESIGN_AND_SYSTEM_IDENTIFICATION_OF_A_NANOSATELLITE_STRUCTURE/links/541879ae0cf25ebee9881dbf/DESIGN-AND-SYSTEM-IDENTIFICATION-OF-A-NANOSATELLITE-STRUCTURE.pdf
• [14] A. Gündoğdu, “Bir Uydunun Fırlatma Esnasında Maruz Kaldığı Yükler Altındaki Yapısal Davranışının İncelenmesi”, PhD Thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2008. Erişim: 18 Ekim 2023. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://polen.itu.edu.tr/handle/11527/4657
• [15] J. J. Wijker, Spacecraft structures. Springer Science & Business Media, 2008. Erişim: 10 Aralık 2023. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://books.google.com/books?hl=tr&lr=&id=6cyTjKyjOUYC&oi=fnd&pg=PA4&dq=%E2%80%A2%09Wijker,+J.+J.+(2008).+Spacecraft+structures.+Springer+Science+%26+Business+Media&ots=JJQ4vYsgw6&sig=wRboWGJdYX9eu5SNwfzlxvlMSBs
• [16] C. A. M. Soares, C. M. M. Soares, ve M. J. Freitas, Mechanics of composite materials and structures, c. 361. Springer Science & Business Media, 2013.
• [17] E. Menteş, “Kompozit 3U küp uyduların yapısal analiz ve tasarımları”, PhD Thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, 2015. Erişim: 31 Aralık 2023. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://polen.itu.edu.tr/items/b131ad48-3ca4-4cdf-a584-2fbf2cb3e53f
• [18] M. F. Ercan, “Earth Observation Satellite Design, Control and Analyze”, MSc. Thesis, Yıldız Technical University, Institute of Science and Technology,Yıldız Technical University, 2018. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezSorguSonucYeni.jsp
• [19] A. K. Karaaslan ve C. Tola, “3 birimlik küp uydular için yörüngeden düşürme sistemi tasarımı”, Erişim: 09 Nisan 2024. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://www.researchgate.net/profile/Ceyhun-Tola/publication/344225029_3_Birimlik_Kup_Uydular_icin_Yorungeden_Dusurme_Sistemi_Tasarimi/links/5f5dc1664585154dbbce1c61/3-Birimlik-Kuep-Uydular-icin-Yoeruengeden-Duesuerme-Sistemi-Tasarimi.pdf
• [20] I. B. Shafique, F. Rabbi, R. Halim, ve A. Mahmood, “Modeling and testing of a nano-satellite and implementation of a BalloonSat with data analysis”, PhD Thesis, BRAC University, 2016. Erişim: 10 Aralık 2023. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: http://dspace.bracu.ac.bd/xmlui/handle/10361/6197
• [21] Indian Space Research Organisation, Polar Satellite Launch Vehicle User’s Manual. India, 2005.
• [22] N. E. Coşkunpınar vd., “Anlık yer gözlem amaçlı nano-uydu takımı tasarımı ‘FUEGOSAT’”, program adı: VI. Ulusal Havacılık ve Uzay Konferansı, Kocaeli University, 2016, ss. 1-14. Erişim: 10 Aralık 2023. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://www.researchgate.net/profile/Ukte-Oner/publication/326679145_Anlik_Yer_Gozlem_Amacli_Nano-Uydu_Takimi_Tasarimi_FUEGOSAT/links/5b5e05270f7e9bc79a6d4f84/Anlik-Yer-Goezlem-Amacli-Nano-Uydu-Takimi-Tasarimi-FUEGOSAT.pdf
• [23] G. I. Barsoum, H. H. Ibrahim, ve M. A. Fawzy, “Static and Random Vibration Analyses of a University CubeSat Project”, J. Phys.: Conf. Ser., c. 1264, sy 1, s. 012019, Tem. 2019, doi: 10.1088/1742-6596/1264/1/012019.
• [24] B. Topcu, C. C. Güvenç, ve C. Tola, “3 birimlik bir küp uydu için gövde yapısı tasarımı”, Erişim: 09 Nisan 2024. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://www.researchgate.net/profile/Ceyhun- Tola/publication/328581816_3_Birimlik_Bir_Kup_Uydu_icin_Govde_Yapisi_Tasarimi/links/5bd73bf792851c6b27971be6/3-Birimlik-Bir-Kuep-Uydu-icin-Goevde-Yapisi-Tasarimi.pdf
• [25] X. Zhang, H. Zhou, W. Shi, F. Zeng, H. Zeng, ve G. Chen, “Vibration Tests of 3D Printed Satellite Structure Made of Lattice Sandwich Panels”, AIAA Journal, c. 56, sy 10, ss. 4213-4217, Eki. 2018, doi: 10.2514/1.J057241.
• [26] NASA-STD-5002, Load Analyses of Spacecraft and Payloads. NASA, Huntsville, 1996.
• [27] G. F. Abdelal, N. Abuelfoutouh, ve A. H. Gad, Finite element analysis for satellite structures: applications to their design, manufacture and testing. Springer Science & Business Media, 2012. Erişim: 11 Aralık 2023. [Çevrimiçi]. Erişim adresi: https://books.google.com/books?hl=tr&lr=&id=SuPahTa-bnIC&oi=fnd&pg=PR6&dq=Abdelal,+G.,+F.,+Abuelfoutouh,+N.,+Gad,+A.,+H.,+(2013).+Finite+Element+Analysis+for+Satellite+Structures,+Springer,+London.&ots=XBWsJA-Rgq&sig=4jkI3M3MmKXup_XCKucPerQHzmA
• [28] G. Vulpetti, L. Johnson, ve G. L. Matloff, Solar Sails: A Novel Approach to Interplanetary Travel. New York, NY: Springer New York, 2015. doi: 10.1007/978-1-4939-0941-4.