Realisierung des Thermalkontrollsystems für einen Kleinsatelliten:
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München
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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis Ill
Abkürzungen und Akronyme V
Nomenklatur VII
Einheiten VII
Kurzfassung IX
Abstract XI
1 Einführung und Einordnung der Dissertation 1
1 1 Satellitenbau im Allgemeinen 1
1 2 Kleinsatellitenprogramm der Universität Stuttgart 2
1 3 Randbedingungen des Projektes 8
1 4 Zusammenfassung der Vorarbeiten 9
1 5 Ziele der Dissertation 10
2 Grundlagen für diese Arbeit 11
2 1 Wärmeleitung 11
2 2 Wärmestrahlung 12
221 Strahlungsphysikalische Größen 12
222 Absorption, Reflexion, Transmission 12
223 Emission 13
224 Sichtfaktoren 15
2 3 Orbitbedingungen 16
231 Sonnenstrahlung, Albedo, Erdinfrarotstrahlung 16
232 Weitere Einflüsse in der Atmosphäre 17
2 4 Modellierung von thermischen Systemen 18
241 Konvention zu Oberflächeneigenschaften für Satelliten 18
242 Knotennetzwerke 18
243 Grundgleichung eines Knotens 19
244 Numerische Simulation 20
245 Monte-Carlo Ray Tracing 21
2 5 Thermalkontrolle eines Satelliten 22
3 Auslegung des Thermalkontrollsystems 23
3 1 Thermalkonzept 23
3 2 Aufbau des Satelliten 26
3 3 Satellitenbetrieb 29
3 4 Herangehensweise bei der Auslegung 30
3 5 Anforderungen an die Thermalkontrolle 31
3 6 Auslegungsfalle des Thermalkontrollsystems 33
3 7 Identifikation der Haupteinflussfaktoren 34
3 8 Dimensionierung des Thermalkontrollsystems 40
381 Radiatoren 40
382 Heizer 42
383 Thermostate 45
384 Mehrschichtisolation 46
3 9 Detaillierte numerische Modelle 50
III
Inhaltsverzeichnis
391 Werkzeuge zur Thermalsimulation 50
392 Batterie 52
393 Onboard-Computer 56
394 Flying Laptop 59
4 Realisierung des Thermalsystems 63
4 1 Allgemeine Anforderungen an die Komponenten 63
4 2 Radiatoren 65
4 3 Heizer 70
4 4 Thermostate 73
4 5 Oberflächenbehandlung 76
4 6 Mehrschichtisolation 81
4 7 Temperatursensoren 89
4 8 Regelalgorithmus zur aktiven Thermalkontrolle 96
4 9 Weitere Materialien 102
4 10 Das Thermalkontrollsystem des Flying Laptop 103
5 Thermaltests 105
5 1 Testphilosophie für den Flying Laptop 105
511 Validierungsstrategie des Thermalmodells 105
512 Verifikationsstrategie der TCS Komponenten 106
5 2 Komponententests 107
521 Testumgebung für Komponenten 107
522 Charakterisierung der Batteriezellen 108
523 Batterie EM Thermaltest 114
5 3 Struktur-Thermal-Modell des FLP 122
531 Aufbau des STM 122
532 STM Testumgebung 128
533 Testkampagne mit dem STM 132
534 Validierung des numerischen Modells 135
5 4 Thermal-Vakuum-Tests auf System ebene 137
6 Zusammenfassung amp; Ausblick 139
7 Literaturverzeichnis 143
Anhang A Thermalmodelle 149
A l Wärmedissipation der Komponenten 149
A 2 Parameter des einfachen Thermalmodells vom FLP 150
A 3 Lagebeschreibung eines Satelliten in ESATAN-TMS 151
A 4 Berechnung der effektiven Emissivität einer Mehrschichtisolation 153
A 5 Oberflächeneigenschaften 154
A 6 Materialeigenschaften 155
Anhang B Fertigung und Integration 157
B 1 Material für die MLI Fertigung 157
B 2 Temperatursensoren im Flying Laptop 158
Anhang C Thermaltests und Validierung 159
C l Thermal-Vakuum-Kammer für Komponententests 159
C 2 Umrechnung optischer Eigenschaften 160 |
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