Estructura compuesta modular multifuncional para aplicaciones CubeSat: diseño preliminar y análisis estructural
Autores: Capovilla, Giorgio; Cestino, Enrico; Reyneri, Leonardo M.; Romeo, Giulio
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Estructura compuesta modular multifuncional para aplicaciones CubeSat: diseño preliminar y análisis estructural
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
CubeSats
Aleaciones de aluminio
Plástico reforzado con fibra de carbono
Arreglos de baterías
Naves espaciales
Paneles de CFRP
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Los CubeSats suelen adoptar aleaciones de aluminio para las estructuras primarias, y existen varios estudios sobre estructuras primarias de Plástico Reforzado con Fibra de Carbono (CFRP). El volumen interno de una nave espacial suele estar ocupado por arreglos de baterías, reduciendo el volumen disponible para la carga útil. En este documento, se ha diseñado una configuración de estructura/batería de CFRP con el fin de integrar el sistema de energía eléctrica con la estructura primaria del bus de la nave espacial. La configuración se ha diseñado de acuerdo con la filosofía de diseño modular introducida en el proyecto AraMiS. La estructura se adapta a una cara externa de un CubeSat de 1U. Su lado externo alberga dos células solares y el lado opuesto contiene la circuitería del sistema de energía. Se ha adoptado un concepto innovador de estructura celular y se ha incrustado un conjunto de baterías comerciales de LiPo entre dos paneles de CFRP, espaciados con costillas de CFRP. La compatibilidad con las cargas mecánicas de lanzamiento y las vibraciones se ha demostrado mediante un análisis de elementos finitos. Los resultados sugieren que, incluso con un bajo grado de integración estructural aplicado a una batería estructural compuesta, se puede disponer de más volumen y masa para la carga útil, en comparación con estructuras tradicionales, funcionalmente separadas, que emplean aleación de aluminio. El bajo grado de integración se introduce para permitir el uso de componentes relativamente baratos y comerciales.
Descripción
Los CubeSats suelen adoptar aleaciones de aluminio para las estructuras primarias, y existen varios estudios sobre estructuras primarias de Plástico Reforzado con Fibra de Carbono (CFRP). El volumen interno de una nave espacial suele estar ocupado por arreglos de baterías, reduciendo el volumen disponible para la carga útil. En este documento, se ha diseñado una configuración de estructura/batería de CFRP con el fin de integrar el sistema de energía eléctrica con la estructura primaria del bus de la nave espacial. La configuración se ha diseñado de acuerdo con la filosofía de diseño modular introducida en el proyecto AraMiS. La estructura se adapta a una cara externa de un CubeSat de 1U. Su lado externo alberga dos células solares y el lado opuesto contiene la circuitería del sistema de energía. Se ha adoptado un concepto innovador de estructura celular y se ha incrustado un conjunto de baterías comerciales de LiPo entre dos paneles de CFRP, espaciados con costillas de CFRP. La compatibilidad con las cargas mecánicas de lanzamiento y las vibraciones se ha demostrado mediante un análisis de elementos finitos. Los resultados sugieren que, incluso con un bajo grado de integración estructural aplicado a una batería estructural compuesta, se puede disponer de más volumen y masa para la carga útil, en comparación con estructuras tradicionales, funcionalmente separadas, que emplean aleación de aluminio. El bajo grado de integración se introduce para permitir el uso de componentes relativamente baratos y comerciales.