Στόχος

Στόχος του υποσυστήματος θερμικού ελέγχου είναι να προστατέψει το AcubeSAT και το επιστημονικό του φορτίο από τις αντίξοες συνθήκες του διαστήματος, όπως είναι η ηλιακή, η γήινη IR και η albedo ακτινοβολία. Με δεδομένο ότι το επιτρεπτό θερμοκρασιακό εύρος λειτουργίας των ξεχωριστών εσωτερικών εξαρτημάτων ποικίλλει, το υποσύστημα πρέπει να βρει ένα πλάνο θερμικού ελέγχου που θα εξυπηρετεί τις ανάγκες όλων των υπόλοιπων υποσυστημάτων.

Κάποια εύρη θερμοκρασίας για τα πιο σημαντικά εξαρτήματα του δικού μας Cubesat είναι τα εξής:

  1. Η θερμοκρασία του μικρού μεγέθους τσιπ που περιέχει τους μικροοργανισμούς στους οποίους θα διεξαχθούν τα πειράματα, πρέπει να είναι 30 ± 2 °C .
  2. Η μπαταρία του Cubesat λειτουργεί μεταξύ των 0 – 45 °C, ενώ σε μη λειτουργική κατάσταση αντέχει μεταξύ των -5 – 50 °C.
  3. Τα περισσότερα ηλεκτρικά εξαρτήματα, όπως τα PCBs, σε λειτουργική κατάσταση πρέπει να βρίσκεται μεταξύ των -40 – 85 °C ενω σε μη λειτουργική κατάσταση αντέχει μεταξύ των -50 – 85 °C.

Παθητικός και Ενεργός Θερμικός Έλεγχος

Για  να επιτευχθούν αυτά τα εύρη θερμοκρασιών αναπτύχθηκε ένα σχέδιο για κάθε σημαντικό εξάρτημα. Πρώτον, κάτω από το τσιπ θα συνδεθεί ένα θερμαντικό σώμα. Στο εσωτερικό των τοιχωμάτων του επιστημονικού φορτίου θα προστεθεί μαύρη επίστρωση που θα έχει μεγάλη δυνατότητα εκπομπής ακτινοβολίας και μεγάλη απορροφητικότητα. Ο σκοπός αυτού είναι να μειωθεί η θερμότητα λόγω ακτινοβολίας που διαφεύγει από το δοχείο.  Συμπληρωματικά, υλικό με καλές μηχανικές ιδιότητες και κακή θερμική αγωγιμότητα θα χρησιμοποιηθεί στις εσωτερικές επιφάνειες επαφής του επιστημονικού δοχείου, μειώνοντας τη ροή της θερμότητας προς τα έξω. Όσο για την μπαταρία, θα έρθει και αυτή σε επαφή με ένα θερμαντικό σώμα σε επαφή με την μπαταρία. Σχετικά με τα PCBs , το θερμοκρασιακό εύρος που απαιτείται για την λειτουργία τους θα επιτευχθεί χωρίς κάποιου είδους θερμικής μόνωσης/ παρέμβασης.

Thermofoil Heater

Θερμικές Αναλύσεις, Μετρήσεις και Αποτελέσματα

Για να παρθεί η τελική απόφαση για τον θερμικό έλεγχο του AcubeSat, πρέπει να πραγματοποιηθούν ορισμένες. Το λογισμικό που θα χρησιμοποιηθεί για τις θερμικές αναλύσεις είναι το ANSYS Workbench. Σε αυτό το συστήματα, διεξάγονται θερμικές αναλύσεις που αφορούν τις ακραίες συνθήκες στις οποίες μπορεί να βρεθεί ο νανοδορυφόρος. Αυτές οι ακραίες περιπτώσεις συμπεριλαμβάνουν το hot case (πιο ζεστό σενάριο), στο οποίο είναι σε λειτουργία όλα τα εξαρτήματα και η ηλιακή, η IR και η Albedo ακτινοβολία έχουν τη μέγιστη τιμή τους. Συμπεριλαμβάνεται και το cold case (πιο ψυχρό σενάριο), στο οποίο η εσωτερική παραγωγή ενέργειας είναι ελάχιστη και όμοια οι τιμές ακτινοβολίας είναι οι ελάχιστες. Οι αναλύσεις λοιπόν παρέχουν στο υποσύστημα μας πληροφορίες για τα πραγματικά και όχι τα απαιτούμενα εύρη θερμοκρασιών των εξαρτημάτων ενώ διεξάγονται είτε έχοντας ληφθεί υπόψιν ο παθητικός και ενεργός έλεγχο είτε όχι. Συγκρίνοντας τα υπολογισμένα και τα απαιτούμενα εύρη θερμοκρασιών μπορούμε να αποφασίσουμε για το ποιά θα είναι τελικά η διαδικασία θερμικού ελέγχου. Επιπρόσθετα, απαραίτητες είναι μερικές πραγματικές θερμικές μετρήσεις σε συνθήκες θερμικού κενού (thermal vacuum). Με αυτόν τον τρόπο θα επιβεβαιωθούν τα αποτελέσματα των θερμικών αναλύσεων μειώνοντας τις αβεβαιότητες που προέκυψαν από αυτές.