Просмотр сведений о научной статье

Обложка номера

Заголовок

Тепловое состояние наноспутника при нестационарном тепловыделении на радиоэлектронных элементах полезной нагрузки

Авторы

С.В. Белов, А.В. Бельков, А.П. Жуков, М.С. Павлов, С.В. Пономарев

Организация

Национальный исследовательский Томский государственный университет
г. Томск, Российская Федерация

Аннотация

Цель работы – оценка тепловых режимов работы радиоэлектронных компонент наноспутника в условиях орбитального полета. В статье представлены результаты численного исследования теплового состояния наноспутника CubeSat с форм-фактором 1U при его движении по низкой околоземной орбите высотой 300 км в дни осеннего равноденствия и зимнего солнцестояния. Тепловая численная модель наноспутника учитывает тепловые потоки от Солнца и от поверхности Земли, атмосферный нагрев не учитывается. Кроме того, принимается во внимание нестационарность тепловыделения на радиоэлектронных компонентах полезной нагрузки наноспутника, а также переизлучение энергии внутри его корпуса. Геометрический и конструктивный облик наноспутника, теплофизические свойства материалов и оптические свойства свободных поверхностей, режимы работы полезной нагрузки определены на основе данных, полученных из литературных источников. Результаты численного моделирования показывают, что температура радиоэлектронных компонент зависит от мощности собственного тепловыделения, теплового излучения соседних плат, орбитального движения наноспутника по околоземной орбите, его положения на орбите Земли. Динамика температуры радиоэлектронных компонент определяется действующим на них режимом тепловыделения. Хотя в условиях поставленной задачи температуры большинства радиоэлектронных компонент находятся в допустимых эксплуатационных пределах, действие коротких импульсных тепловых нагрузок большой мощности может приводить к перегреву компонент полезной нагрузки.

Ключевые слова

наноспутник, CubeSat, тепловой поток, тепловыделение, движение по орбите, численное моделирование

Список литературы

[1] Гансвинд И. Малые космические аппараты в дистанционном зондировании Земли // Исследование Земли из космоса. 2019. № 5. С. 82–88. doi: 10.31857/S 0205-96142019582-88

[2] Спецификация проекта CubeSat, версия 14.1. Программа CubeSat, Калифорнийский политехнический институт [Электронный ресурс]. URL: https://static1.squarespace.com/static/5418c831e4b0fa4ecac1bacd/t/62193b7fc9e72e0053f00910/1645820809779/CDS+REV14_1+2022–02–09.pdf (дата обращения: 19.12.2023).

[3] Абламейко С.В., Саечников В., Спиридонов А. Малые космические аппараты: Минск: БГУ. 2012. 159 с.

[4] Наноспутниковая платформа CubeSat «OrbiCraft-Pro» [Электронный ресурс]. URL: https://sputnix.ru/tpl/docs/Описание%20ОрбиКрафт-Про%20(рус.).pdf (дата обращения: 19.12.2023).

[5] Ратинам А. Проектирование и разработка UWE?4: интеграция электродвижительных установок, структурный анализ и анализ орбитального нагрева: диссертация на степень магистра наук. Лиссабон, 2019. DOI: 10.13140/ RG.2.2.34427.72485.

[6] Рейес Л.А. и др. Тепловое моделирование наноспутника CIIIASat: инструмент выбора теплозащитного покрытия // Прикладная теплотехника. 2020. Т. 166. С. 114651. DOI: 10.1016 /j.applthermaleng. 2019.114651

[7] Яковлев О.Я., Малыгин Д.В. Внешнее тепловое моделирование спутниковой платформы «Синергия» // Космические аппараты и технологии. 2019. № 3 (29). С. 155–163. doi 10.26732/2618-7957-2019-3-155-163

[8] Соболев Д.Д., Симаков С.П. Исследование теплового состояния наноспутника SamSat-M // Молодёжь и будущее авиации и космонавтики?2020. С. 136–137. DOI: 10.34759/tpt?2021-13-2-85-96

[9] Фомин Д. и др. Трёхмерные неоднородные тепловые поля электронной платы полезной нагрузки «ФотонАмур 2.0», разработанной для наноспутников // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2021. Т. 20. № 2. С. 74–82. DOI: 10.18287/2541-7533-2021-20-2-74-82

[10] Болтов Е.А. и др. Проектирование системы обеспечения теплового режима модуля аккумуляторных батарей наноспутника формата CubeSat // Космические аппараты и технологии. 2022. Т. 6. № 1 (39). С. 29–37. DOI: 10.26732/j.st.2022.1.04

[11] Корпино С. и др. Тепловой расчет и анализ наноспутника на низкой околоземной орбите // Acta Astronautica. 2015. Т. 115. С. 247–261. DOI: 10.1016/j.actaastro.2015.05.012

[12] Юй В., Денисов О.В., Денисова Л.В. Моделирование системы терморегулирования наноспутника с помощью контурных тепловых труб в условиях орбитального полета // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2021. Т. 22. № 1. С. 23–35. DOI: 10.22363/2312-8143-2021-22-1-23-35

[13] Белов С.В. и др. Тепловое состояние малого спутника при различной плотности расположения электронных плат // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2023. № 82. С. 66–81. DOI: 10.17223/19988621/82/6

[14] Уонг Х. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. М.: Атомиздат. 1979. 216 с.

[15] Кузнецов Г.В., Белозерцев А. Численное моделирование температурных полей силовых транзисторов с учетом разрывов коэффициентов переноса // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2005. Т. 308. № 1. С. 150–154.

[16] Инженерный справочник. Таблицы DPVA.XYZ [Электронный ресурс]. URL: https://dpva.xyz/Guide/GuidePhysics/GuidePhysicsHeatAnd Temperature/EmmisionCoefficients/EmmisionCoefficientsTable01/(дата обращения:19.12.2023).

[17] Давыдов Д. и др. Проектирование системы электропитания наноспутников семейства SamSat // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2016. Т. 59. № 6. С. 459–465. DOI: 0.17586/0021-3454-2016-59-6-459-465

Дополнительные сведения

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № FSWM-2020–0036).

Цитирование данной статьи

Белов С.В., Бельков А.В., Жуков А.П., Павлов М.С., Пономарев С.В. Тепловое состояние наноспутника при нестационарном тепловыделении на радиоэлектронных элементах полезной нагрузки // Космические аппараты и технологии. 2024. Т. 8. № 1. С. 7-16.

Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.