Método Analítico Simplificado para Determinação da Variação de Temperatura em Nanossatélites

Abstract

O projeto do sistema de controle térmico de um nanossatélite leva em consideração a demanda por maior energia com menor massa e volume. Neste trabalho, o satélite em estudo é da classe de CubeSats sendo ele de tamanho 6U. A ideia surgiu através de uma colaboração entre a Universidade Federal de Santa Catarina e o Doutor Gary B. Hughes, professor na Universidade Politécnica do Estado da Califórnia, Estados Unidos, na qual foi estudado o projeto Innovative Advanced Concepts (NIAC) da National Aeronautics and Space Administration (NASA). Este projeto desenvolve um conceito que permite detectar, através do espectrômetro, a composição de alvos frios do sistema solar a partir de um laser que esquenta tal alvo. É um nanossatélite cuja missão é dada a uma altitude de 500 km, onde é exposto à radiação do ambiente espacial, além de dissipar calor dos próprios componentes internos. A análise do sistema apresentado neste trabalho considera, de forma simplificada, o método dos nós para determinar a distribuição da temperatura ao longo da órbita através da solução analítica transiente. De forma analítica e dada pelo software Matlab, é criada também uma interface gráfica com os resultados obtidos ao aproximar a solução por uma senoidal, que será disponibilizada online para auxiliar projetos térmicos de nanossatélites. Os resultados são avaliados e comparados com dados numéricos para a configuração 1U. Através dos resultados, conclui-se que o nanossatélite com a presença do laser deverá possuir um mecanismo de controle térmico para que os componentes internos possam operar.

The project of a thermal control system of a nanosatellite takes into consideration the demand for higher energy with the lowest mass and volume. In this work, the satellite studied is from the CubeSats class, being it's size 6U. The idea came forth through the collaboration between the Federal University of Santa Catarina and California State Polytechnic University’s professor Doctor Gary B. Hughes, United States, in which was studied the project Innovative Advanced Concepts (NIAC) from the National Aeronautics and Space Administration (NASA). This project develops a concept that allows the detection, through a spectrometer, of the composition of cold targets in the solar system using a laser to heat up such target. It is a nanosatellite which it’s mission is given at an altitude of 500 km, where it is exposed to the radiation of the space environment, in addition to dissipating heat from its own internal components. The analysis of the system presented in this work considers, in a simplified manner, the nodal method to determine the temperature distribution along the orbit through the analytical solution. With the Matlab software is created a graphic interface with the results obtained by approximating the solution by a senoidal, which will be available online to auxiliate nanosatellite thermal projects. The results evaluated and compared with numerical data for the 1U configuration. Through the results it is concluded that the nanosatellite considering the laser must have a thermal control mechanism so that the internal components can operate.