CubeSats'de Termal Kontrol Meydan Muharebesi

Bu nedenle, 10 cm × 10 cm × 10 cm (U) etrafında inşa edilen standart minyatür uydular, üniversitelere, başlangıçlara ve araştırma kurumlarına, küçük ölçekli ve düşük maliyet, hızlı bir şekilde iterasyon ve çeşitli görevlere göre, Dünya gözlemlerinden teknoloji protestolarına kadar, CubeSat'ın erişilebilir hale getirdiği aynı büyüklükteki kısıtlamalar da ciddi bir ısı yönetimi meydan okumaları ve diğer tüm aşırı ısıtılması için geçerli değildir.

Heat Rejeksiyonun Temel Fiziki Bir Vakumda

Uzaydaki ısı transferi tamamen radyasyon ve iletime bağlıdır; konveksiyon yok.Bir CubeSat için, termal kontrol mühendisleri üç kaynağı dengelemelidir:

  • [FONT:0)İç ısı: [Dönemli ısı:[Dönetici: CUMH 1) CPU'lardan, vericilerden, bataryalardan ve yük sensörlerinden.
  • [FONT=0)Dış ısısı: [DÜDÜT:1] doğrudan güneş ışığı (solar flux ~1361 W/m2 1 AU), Dünya'nın albedo (belirli güneş ışığı) ve Dünya'nın kızılötesi radyasyonu.
  • [FONT:0) Deep space battı:[Dönemli uzay battı:[Dönemli uzay battı:[Döntgen:0)

Küçük bir uydunun termal zamanı sabittir - saatlerce yerine dakikalar - bu eşitsiz ısıtmanın hızlı sıcaklık gradyanları yaratabileceği anlamına gelir. Heat reddedilme cihazları bu nedenle yüzeyleri verimli bir şekilde yaymak ve sonra bu enerjiyi kızılötesi fotonlar olarak yaymak için ısıtmalıdır.

Birincil Heat Rejeksiyon Cihazı Tipleri

Vücut destekli Rolexs

Çoğu CubeSats vücut destekli radyatörlere güveniyor: yüksek performanslı malzemelerin panelleri (tipik olarak alüminyum 6061 veya 7075), yüksek çözünürlükte bulunan yüzeyler ( ⁇ ) ve güneş absorptivitesi (α) gibi yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.

Davranışlı Termal Raflar

Elektronikten radyatör panellerine kadar ısı taşımak için mühendisler esnek grafik folyo, bakır braid veya alüminyum kurdeleler imal edildi.Bu kayışlar yüksek ısı iletkenliği (toplamlı grafikler için) ve hidroksitlar arasında köprü boşlukları kullanıyor.

Heat Pipes and Loop Heat Pipes

Davranışlı yollar yeterince ısı transferini sağlayamazken, iki fazlı cihazlar gerekli hale gelir. Standart bir ısı boruları, sağlam bakırdan 100-1000 kat daha fazla ısı pompası içeren kapalı bir tüptir.For CubeSats, minyatür ısı boruları (3-6 mm) mevcut ve soğuk sonunda, kapiller aksiyonu kullanarak sıvıya geri dönmek için bir wick yapısında akışlar bulunur.[0]AMB'nin CubeSats için, minyatür ısı boruları ile sınırlı.

Ring ısı boruları (LHP), eğimli ve kondüktör tarafından bağlantılı ayrı bir şarj cihazı kullanabilir ve sadece şarj cihazı ile birlikte yüksek ısı yüklerini (200 W) ve daha uzun mesafeleri (0.5-2 m) çalıştırabilir ve CubeSats için Compact LHP'ler geliştirilir:0) İleri Soğutma Teknolojileri) ile gelişmiştir.

Faz Değişimi Malzemeler (PCMs)

Faz değişikliği malzemeleri, erime sırasında neredeyse sabit bir sıcaklıkta ısınır ve sağlam bir şekilde serbest bırakılır. Ortak PCMs for CubeSats, paraffin balmumues (yaklaşık 40-60°C) ve tuz hidratları (yaklaşık 20-40 °C) ile ısıtılır ve ısınırağı geçici olarak 10-30 g ısı tasarrufu sağlar - örneğin, yüksek güç ödeme araçları kalıcı 10-20 dakika boyunca - daha büyük bir radyatör gerektirmez.

Termoelektrik Soğutmaları (TECs)

Aktif, yerelleştirilmiş soğutma için, bazı CubeSats termoelektrik soğutucuları kullanıyor (Peltier cihazlar). TECs sağlam devlet ısı pompalar, ne zaman güçlü, soğuk bir taraftan ısı ısı ısınıyor, sabit sıcaklık değişiklikleri gerektiren ısıtılır.

Yenilikçi ve Deployable Heat Rejeksiyon Kavramları

İşlenebilir Rolexs

Yüzey alanı sınırlamasının üstesinden gelmek için, birkaç CubeSat görevi, bir radyatör olarak hizmet eden radyatör panellerini dağıtmış.Bu, yayılabilir veya üç katına çıkar.[Dönetici:0)JPL RainCube, yüksek çözünürlükte kullanılan bir Ka-band anteni kullandı.Bir başka konsept aynı zamanda bir radyatördür.

Değişken Emisyon Yüzeyleri ( ⁇ Kromikler)

Sabit bir kaplamadan ziyade, bazı araştırma grupları sıcaklık ile edilebilen yüzeyler geliştiriyor.Bu akıllı kaplamalar, aşırı ısı gibi malzemeler kullanıyor.Bu pasif, öz-regulasyon yaklaşımı 50-70% ve basitleştirici termal kontrol altında.) NASA'nın ısıtılması; Yukarıda bu sıcaklık, yüksek ısıya sahip olmak için ısıtılabilir.[TFL]

Mikrofabricated ve Katkılı Radyatör

3D baskısındaki ilerlemeler, ısı boruları veya sıvı döngüler için karmaşık iç kanalları ile radyatörlerin yaratılmasına izin verir, doğrudan CubeSat yapısına entegre edilebilir. )Eksi üretim), alüminyum veya titanyum tasarımları lattice yapıları ile birlikte, yüzeysel örnek olarak, 3D baskılı radyatörler için, aynı ısıtımı% 0 ile aynı ısıtılabilir.

İki-Phase Mekanik olarak pompalanmış Akışkanlar Rings

Pencere ısı borularının ötesinde, mekanik olarak iki fazlı döngüler pompaladı ( ISS'de kullanılanlar gibi) CubeSats için mini bir pompa kullanılabilir. küçük bir pompa, bir soğutucu ısı borusu (örneğin R-134a) ısıtılır.

Pratik Bakışlar ve Meydanlar

Boyut, Mass ve Form Faktör

Her ısı ret cihazı, CubeSat'ın hacmi ve kütle bütçesi içinde sığmalıdır, bu da 3U için -4 kg toplam.En iyi bir radyatör mekanizması 50-100 g ve sadece 10 g'yi dışsal alanı inkar edebilir. Heat borular ve LHP'ler sıvı zarf için kütle eklemek ve ısıtılması gerekir. Örneğin, yüksek izinli bir radyatör, yüksek çözünürlükte 150 W'ye mal olabilir.

Bus ile entegrasyon

Termal yüzeyler kısa devrelerden ve mekanik müdahaleden kaçınmak için dikkatli bir şekilde yollanmalıdır. Sıcaklık boruları zemin testlerinde çekimsel etkilerden kaçınmak için yönlendirilmelidir (belirli mesafelere karşı esnek bir bakır kullanarak çalışır). 10°C'den 2°C'ye kadar sıcaklık damlalarını azaltılabilir.

Güvenilirlik ve Maliyet

CubeSats genellikle, LHP ve PCM gibi ısıtıcı cihazlar, birim başına 50 $ 200k ile inşa edilir - maliyetleri azaltmak için birçok görev pasif çözümler (radiators, termal kayışlar, PCMs) ve sadece gerekli olduğunda aktif cihazlara başvurmaktır. Standart kontrol kitleri için 50 $ 200k $ - $ 200k $ -D:0) ⁇ Mühendislik Önleri

Yenilikçi Termal Tasarımların Vaka Çalışmaları

Gezegen Laboratuvarları Dove CubeSats

Gezegen Laboratuvarları Dünya görüntüleme için yüzlerce 3U CubeSats çalışır. termal tasarım pasif bir yaklaşım kullanır: bir vücut destekli radyatör, görüntüleme sırasında ısıyı absorbe etmek için batarya paketinde yer alan bir faz değişikliği materyali kullanır.Bu basit, güvenilir sistem ±5°C'de yıllarca ısı geçişi elde etti.

NASA MISSE-7 ve MISSE-9 Deneyleri

Malzemeler International Space Station Deneyi (MISSE), CubeSat-boyut test yataklarını termal kaplamalar, PCMs ve ısı boruları için içeriyordu. MISSE-7 (2009), 25 W'yi 1 m'den başarıyla transfer eden bir minyatür ısı boru test etti, iki fazlı soğutmanın küçük bir faktörde çalışabileceğini kanıtladı. MISSE-9 (2012), elektrokromhromic teknolojisine dayanan bir değişken emissivity kaplama test etti, 0.4-0.8. Bu deneyler daha sonra CubeSat görevleri için kritik veriler sağladı.

NASA CubeRRT ve RadarCube

CubeRRT (CubeSat Radiometer Radio Frekans Interference Technology) ve RadarCube görevleri hem de yüksek güçli yüksek çözünürlükte (~20 W) önemli atık ısısı üretti. termal tasarımları, işlem sırasında 45°C'nin bir kombinasyonunu kullandı.Bu, iki fazlı soğutma için kullanılabilir bir alan için kullanılabilir.

Future rotası ve Gelişen Teknolojiler

Nanomalzemeler ve Metamalzemeler

Karbon nanotüpler (CNTs) ve grafikene filmleri son derece yüksek termal iletkenlik (üçlü CNTs için 3000 W /m·K'ya kadar) ve yüksek eşdeğerlik için araştırmacılar, 8-14 μm atmosferik bir pencerede geliştirirler, ancak düşük güneş dalgalarında ise CubeSats'in güneş ışığı olmadan daha verimli bir şekilde ısıtmasına izin verebilir.

Yapısal Termal Raflar ( ⁇ ly Conductive Structures)

Ayrı kemerler yerine, gelecekte CubeSats, uydunun kendi yapısal çerçevesini termal bir yol olarak kullanabilir.Sürekli yüksek performanslı malzemelerden yüksek performanslı alüminyumlar gibi şapel parçaları ile ’ler, gömülü grafiklere veya metal-polimer hibritlere sahip olan ısı, direkt olarak radyatör panellere yapılabiliyor.Bu entegrasyonlar kütle ve basitleştirmeler:0).

Micro-Compressors ile Aktif Soğutma

Küçük bir elektrikli motor tarafından desteklenen bir miniaturized buharlı soğutma döngüsü, Air Force Research Laboratory (AFRL)'de test edilen 100 W ücret yüküne destek olabilir, 2-3 elektrik girişinin her türlü ağırlığı için anlamı.

Entegre Termal Kontrol Sistemleri (ITCS)

Nihai vizyon, elektrik güç otobüslerine benzer bir “termal otobüs”tir. Standart bir arayüz – bir sıvı döngü için gömülü ısı boruları ve bir bağlantı ile bir bağlantı oluşturmak - ödeme geliştiricilerinin ısı kontrolü için teşvik etmesine izin verir ve garanti altına alınabilir. Avrupa Uzay Ajansı'nın [[0CubeSat Termal Kontrol Kit)

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

CubeSats'deki ısı reddedilmesi basit vücut destekli radyatörlerden sofistike, dağıtılabilir iki fazlı sistemler ve akıllı malzemelere kadar gelişti: bu uyduların küçük boyutu yaratıcılık gerektirir: mühendisler, 10 kez büyüklüğündeki görevlerin her karesini en iyi şekilde elde etmek için gereken ısıtmalıdır. daha büyük vakumlu radyatörler gibi yenilikler, standartlaştırılmış radyatörler, faz değişiklikleri malzemeleri, değişken eki eivity kaplamaları ve ısı boruları, CubeSats'in 10 kez daha fazla tasarruf etmesi için gereken yüksek performanslı sistemleri sağlar.