نویسندگان

دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

وظیفة سیستم کنترل حرارت یک ماهواره، نگهداری دمای تجهیزات در محدودة دمایی مجازشان، در تمام شرایط محیطی و کارکردی است. به‌منظور تعیین محدودة دمای تجهیزات در طول مأموریت، روش‌های عددی و نرم‌افزارهای گوناگونی وجود دارد. در این مقاله، مد‌‌ل‌سازی ریاضی هندسی ماهواره با روابط موجود در مراجع انجام شده و با نرم‌افزار ترمال دسک‌تاپ تأیید می‌شود. از مدل هندسی، مقادیر شار حرارتی محیطی و ضرایب دید تشعشعی به‌دست می‌آید. سپس روش شبیه‌سازی الکتریکی، برای حل مدل ریاضی حرارتی یک ماهوارة چرخان معرفی می‌شود. به‌طوری‌که تجهیزات و سازة ماهواره، به چندین گره تقسیم شده و هر ترم معادلة بالانس حرارتی با المان‌های الکتریکی معادل (خازن، مقاومت، منبع جریان و ...) شبیه‌سازی شده و مدار الکتریکی حاصله با برنامة HSPICEبه سادگی و سرعت حل می‌‌شود. مقادیر ولتاژ و جریان در هر گره به ترتیب متناظر با دما و شار حرارتی است. نتایج نشان‌دهندة سرعت بالای روش شبیه‌سازی الکتریکی در مدل‌سازی حرارتی ماهواره و ارائه پاسخ‌های دمایی دقیق است. با استفاده از کنترل حرارت نیمه‌فعال، نیازمندی‌های حرارتی تأمین شده و تأثیر رنگ رادیاتور بررسی شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Satellite Thermal Modeling and Analysis with the Electrical Network Method

نویسندگان [English]

  • H. Bolandi
  • A. M. Gheitaghy
  • B. Ghorbany Vagheii
  • S. M. Smailzadeh
  • M. R. Talaee

چکیده [English]

The responsibility of the satellite thermal control system is to maintain equipments temperature in all external environments and under operational modes within an allowable temperature range. The geometric math model of satellite with available relations in references is obtained and certified with Thermal Desktop software. The outputs of geometric math model are external heating rates and radiation interchange factors. In this paper, the electrical simulation method is proposed as a tool for thermal math model of rotating satellite as equipments and structure of satellite are divided into several nodes and each term of thermal balance equation is simulated with equivalent electrical elements (capacitor, resistance, current source and etc.) and obtained circuit is solved fast and easily with HSPICE code. The values of voltage and current in each node are equivalent to temperature and heat flux, respectively. The results are illustrated the low run time with exact temperature responses of electrical simulation method in thermal modeling of satellite. By using the semi active thermal control, the thermal requirements are achieved and the effect of radiator paint is investigated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Satellite thermal control
  • Rotating satellite
  • Electrical simulation method
  • HSPICE program
  1. Pattan, B., Satellite Systems: Principles and Technologies, Van Nostrand Reinhold, Springer,1993, pp. 191-194.
  2. Sarraf, D., Tamanna, S. and Dussinger, P., “Pressure Controlled Heat Pipes for Precise Temperature Control,” AIP Conf. Proc. Space Technology and Applications Forum-STAIF, 969, 2008, pp. 3-11.
  3. Vasiliev,, and Vasiliev Jr., L., “Sorption Heat Pipe-a New Thermal Tontrol Device for Space and Ground Application,” International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 48, Issue 12, 2005, pp. 2464-2472.
  4. Firebaugh, S. L., Champion, J. L.,  Farrar, D. and  Darrin, M. A. G., “Microelectromechanical Devices for Satellite Thermal Control,” IEEE Sensors Journal, Vol. 4, No. 4, 2004,   525-531.
  5. Demiryont, H., and Shannon, K., “Variable Emittance Electrochromic Devices for Satellite Thermal Control,” AIP Conf. Proc. Space Technology and Applications International Forum-STAIF, Vol. 880, 2007, pp. 51-58.
  6. Grzyll, L., “Demonstraton of a Low-lift Heat Pump for High-power Spacecraft Thermal Control,” AIP Conf. Proc. Space Technology and Applications International Forum-STAIF, Vol. 813, 2006, pp. 11-18.
  7. Gilmore, D. G., Spacecraft Thermal Control Handbook, Vol. 1, Aerospace Corporation Press, 1994.
  8. Baturkin, V. “Micro-satellite Thermal Control-Concepts and Components,” Acta Astronautica, Vol. 56, Issue 1-2, 2005, pp.161-170.
  9. Badari Narayana, and Venkata Reddy, V., “Tehrmal Design and Performance of HAMSAT,” Acta Astronautica, Vol. 60, Issue 1, 2007, pp. 7-16.
  10. Shafii, B. and Hasanian, M., “Thermal Analysis and Control of Satellite Systems with Using Heaters,” The 8th Conference of Iranian Aerospace Society, Tehran, 2009, (in Persian).
  11. Ramezani, H. and Karimian, M., “Satellite Thermal Analysis and Design Software with Lumped Method,” 8th Conference of Iranian Aerospace Society, Tehran, 2009, (in Persian).
  12. Shahriari, M. and Anvari, A., F, “Thermal Analysis of Satellite with 3axis Stability System,” 7th Conference of Iranian Aerospace Society, Tehran, 2008, (in Persian).
  13. Parsaie, A., Ariannik, M. and Shojaie, T., “Structural and Thermal Design and Analysis of Satellite by Ansys Software,” 8th Conference of Iranian Aerospace Society, Tehran, 2009, (in Persian).
  14. Malekzade, K. and Pourshahsavari, H., “Thermal Analysis and Modeling of Nanosatellite in Steady and Transient State”, 10th Conference of Iranian Aerospace Society, Tehran, 2011, (in Persian).
  15. Anvari, A, Shahriari, M. and Farhani, F, “Thermal Modeling and Analysis of Deployment Sollar Array in LEO Orbit,” Journal of Space Science Technology, 2009, Vol. 1, No. 2, 2009, pp. 1-8.
  16. Gheitaghy, A. and Atefi, Gh, “Nonlinear Heat Transfer in Solid Sphere with Combined Boundary Condition of Radiation and Convection,” 19th Annual Conference of Mechanical Engineering, 2011, Birjand, (in Persian).
  17. Alhama, F. Campo, A. and Zueco, J. “Numerical Solution of the Heat Conduction Equation with the Electro-Thermal Analogy and the Code PSPICE,” Applied Mathematics and Computation, 2005, Vol. 162, No. 1, pp. 103-113.
  18. Yeh, C. L., Chen, Y. F., Wen, C. Y. and Li, K. T., “Measurement of Thermal Contact Resistance of Aluminum Honeycombs,” Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 27, 2003, 271–281.
  19. Mantelli, M. B. H. and Yovanovich, M., Thermal Contact Resistance, In: Spacecraft Thermal Control Handbook, Vol. 1, Fundamental Technologies, The Aerospace Press, 2002.