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Diseño y Análisis Estructural de un Actuador de Giroscopio de Momento de Control (CMG) para CubeSats

Autores: Gaude, Alexis; Lappas, Vaios

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2020

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Acceso abierto

Artículo científico
2020

Diseño y Análisis Estructural de un Actuador de Giroscopio de Momento de Control (CMG) para CubeSats


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Tendencia global
Miniaturización
CubeSats
Giroscopio de momento de control
CubeSats ágiles
Actuadores de par

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 20

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Siguiendo una tendencia global hacia la miniaturización, la población de nano y micro satélites continúa en aumento. Los CubeSats son satélites de pequeño tamaño estandarizados basados en módulos cúbicos de 10 x 10 x 10 cm (1U) y se están convirtiendo en plataformas sofisticadas a pesar de su muy pequeño tamaño. Este documento detalla el diseño y el análisis estructural de un actuador de Giroscopio de Momento de Control (CMG) para CubeSats ágiles con un tamaño físico de hasta 12U, que requieren actuadores de alto par. Los CMGs han heredado capacidades de amplificación de par y los recientes avances en la miniaturización de motores los convierten en candidatos ideales para misiones de satélites pequeños con requisitos de tasa de cambio. Los requisitos del sistema se derivan de los requisitos de agilidad conceptual para un CubeSat ágil (altamente maniobrable) que necesita lograr una maniobra de 90 grados en 90 s. Con requisitos específicos de costo, masa y volumen, el diseño propuesto del CMG se basa en algunos de los motores eléctricos más pequeños disponibles en el mercado y utiliza un diseño de carcasa de aluminio ligero. El diseño propuesto utiliza motores paso a paso para el mecanismo de cardán como una solución de bajo costo, compacta y de bajo consumo, contribuyendo a una masa total baja del conjunto completo de CMG. Se realizaron análisis estáticos y dinámicos para evaluar la integridad mecánica del sistema ante cargas de lanzamiento. Aparte de una necesaria placa electrónica de control personalizada, se ha diseñado el ensamblaje mecánico completo, incluyendo el hardware eléctrico. Los análisis demuestran que los niveles de estrés generales que actúan sobre el sistema son manejables por el diseño del CMG. Las uniones atornilladas son críticas y deben estudiarse de forma independiente, ya que el modelo elegido creó singularidades alrededor de estas áreas. Se muestra que cada CMG individual del clúster piramidal diseñado pesa alrededor de 35 g. Usando el diseño de CMG propuesto con una placa de aviónica personalizada, se muestra que el sistema completo de CMG pesa 250 g y ocupa ligeramente más de ½U de volumen para un CubeSat, lo que indica la viabilidad de los CMGs para CubeSats ágiles.

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