Controle Térmico em CubeSat

O uso de CubeSat em missões de baixa altitude cresceu bastante devido aos menores custos e peso dos mesmos. Para que estes satélites desempenhem suas funções de projeto é necessário que os seus componentes internos permaneçam operacionais durante toda a missão, de forma a se garantir a integridade destes componentes torna-se necessária a análise do comportamento térmico do CubeSat quando este é submetido a condições semelhantes aquelas da missão. De forma geral pode-se destacar dois ambientes distintos sobre os quais a estrutura estará submetida, o primeiro ambiente a ser estudado é aquele em que condições atmosféricas dominam os mecanismo de transferência de calor, assim torna-se relevante o estudo de correlações empíricas para que sejam possível estimar os coeficientes convectivos que dominam o processor, o segundo ambiente a ser estuado é aquele em que os processos de radiação governam o fenômeno de transferência de calor e não há parecença de atmosfera, fazendo deste um ambiente mais próximo aquele do espaço propriamente dito.

O Departamento de Estruturas do Zenith é responsável pela modelagem e o estudo do comportamento térmico dos CubeSats, é importante destacar que devido a complexidade desse assunto muitas vezes é necessária a realização de simplificações nos modelos físicos de forma a tornar possível a obtenção de resultados, entretanto tais simplificações devem ser verificadas de forma a se obter o modelo mais verossímil possível. A partir desses modelos torna-se possível estimar a espessura e os materiais que irão constituir as paredes da estrutura principal do CubeSat e quais componentes iram necessitar de isolamento extra e ainda se será necessária a implementação de mecanismo de controle ativo no sistema.

Para a implemenção do controle passivo de temperatura da estrutura busca-se a utilização de materiais que em geral apresentem baixas condutividades térmicas, como por exemplo fibra de vibro, isopor de alta densidade e fibra de carbono, sendo que o a utilização de materiais poliméricos como o isopor devem ser utilizados com cuidado uma vez que estes podem sofrer processos de degradação em ambientes sem atmosfera. Ainda para as camadas das faces externas e internas busca-se utilizar materiais que apresentem reflectancia e absortividade conhecidos de forma a se obter um maior controle dos mecanismo de troca de calor por radiação.

A imagem abaixo foi obtida a partir de uma simulação em atmosfera para a estrutura, mostrando as curvas de temperaturas da bateria(um dos componentes principais a se analisar) e do ar interno do sistema, tais curvas de temperatura são obtidas a partir dos balanços de energia (Lei de Conservação de Energia) para as estruturas interiores ao CubeSat e ao ar interno.

Grupo extra-curricular da EESC — USP voltado para o estudo e desenvolvimento de sistemas com aplicação na indústria aeroespacial

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