Diseño, desarrollo y prueba de un uPPT de bajo costo sub-joule para un Pocket-Cube
Autores: Smith, Farouk; Bae, Jieun
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Diseño, desarrollo y prueba de un uPPT de bajo costo sub-joule para un Pocket-Cube
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Diseño
Desarrollo
Propulsión
Pocket-Cubes
Rendimiento
Pruebas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 23
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta el diseño y desarrollo de un propulsor de plasma pulsado micro-joule (uPPT) como una posible solución de propulsión de bajo costo para Pocket-Cubes, utilizado para aumentar su fiabilidad, capacidad y vida útil. Se demuestra que el uPPT cumplió con los estándares de diseño de Pocket-Cube y requisitos adicionales utilizando el método de diseño iterativo, centrado principalmente en la simplificación y mejoras a un diseño tradicional de PPT, la utilización de componentes comerciales disponibles (COTS) y la impresión 3D. El uPPT fue diseñado para operar y ser controlado desde un Arduino UNO con una energía de banco principal de 0.118 J a 0.272 J y un consumo de energía de 0.5 W. Se probó con éxito su rendimiento y vida útil en una cámara de vacío (-720 mmHg a -96 kPa) utilizando un soporte de prueba de micro-péndulo y una cámara de alta velocidad. El propulsor fue probado para sus parámetros de operación diseñados de 3.3 V y 5 V a una frecuencia pulsada de 0.25/0.5 Hz. Los resultados de la prueba mostraron que el rendimiento óptimo del propulsor con un suministro de voltaje de entrada de 5 V a una frecuencia de pulso de 0.5 Hz, logró un impulso mínimo de 0.698 Ns y un rango de empuje de 0.349~1.071 N. Una comparación con los datos de rendimiento del PPT del CubeSat STRaND-1 3U mostró que el uPPT desarrollado es una solución de propulsión competitiva, ya que logró más empuje con un impulso mínimo similar, utilizando solo un tercio del consumo de energía. Durante la prueba de vida útil, el uPPT fue capaz de producir 1980 disparos.
Descripción
Este documento presenta el diseño y desarrollo de un propulsor de plasma pulsado micro-joule (uPPT) como una posible solución de propulsión de bajo costo para Pocket-Cubes, utilizado para aumentar su fiabilidad, capacidad y vida útil. Se demuestra que el uPPT cumplió con los estándares de diseño de Pocket-Cube y requisitos adicionales utilizando el método de diseño iterativo, centrado principalmente en la simplificación y mejoras a un diseño tradicional de PPT, la utilización de componentes comerciales disponibles (COTS) y la impresión 3D. El uPPT fue diseñado para operar y ser controlado desde un Arduino UNO con una energía de banco principal de 0.118 J a 0.272 J y un consumo de energía de 0.5 W. Se probó con éxito su rendimiento y vida útil en una cámara de vacío (-720 mmHg a -96 kPa) utilizando un soporte de prueba de micro-péndulo y una cámara de alta velocidad. El propulsor fue probado para sus parámetros de operación diseñados de 3.3 V y 5 V a una frecuencia pulsada de 0.25/0.5 Hz. Los resultados de la prueba mostraron que el rendimiento óptimo del propulsor con un suministro de voltaje de entrada de 5 V a una frecuencia de pulso de 0.5 Hz, logró un impulso mínimo de 0.698 Ns y un rango de empuje de 0.349~1.071 N. Una comparación con los datos de rendimiento del PPT del CubeSat STRaND-1 3U mostró que el uPPT desarrollado es una solución de propulsión competitiva, ya que logró más empuje con un impulso mínimo similar, utilizando solo un tercio del consumo de energía. Durante la prueba de vida útil, el uPPT fue capaz de producir 1980 disparos.