微微衛星之熱控分析｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	葉雲忠 Yun-Chung Yeh
論文名稱：	微微衛星之熱控分析 The Thermal Control of Pico-Satellite
指導教授：	洪勵吾 L. W. Hourng
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 機械工程學系 Department of Mechanical Engineering
畢業學年度：	92
語文別：	中文
論文頁數：	56
中文關鍵詞：	PATRAN 、NASTRAN 、有限元素分析、熱控、微微衛星、正方體衛星
外文關鍵詞：	cubesatellite, picosatellite, finite element analysis, thermal-control, Nastran, Patran
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本論文主要是運用有限元素分析軟體來模擬微微衛星在太空軌道上的溫度分布，並以此評估衛星熱控子系統的可行性。
在熱控，分析時需考慮受熱源、熱控方式和材料性質等，再利用有限元素分析軟體(Patran&Nastran)去計算衛星各子系統、零件和各插板等衛星組件的溫度，以確保衛星能在安全的溫度下操作。
文中探討最熱、最冷、不穩定和內熱源等不同的情況之溫度變化，最後再探討若未加熱控裝置時溫度的變化，以證明衛星熱控的重要性。

The research utilizes a finite element analysis software to simulate the temperature variation condition of a picosatellite on the earth orbit and estimate the workability of the thermal-control subsystem of the picosatellite.
In the thermal-control subsystem, heat source, methods of thermal-control and properties of material must be considered simultaneously. A finite element analysis software is utilized to estimate and analyze, the variation of temperature in any subsystem component and board. All subsystems must be assured to perform safely within its appropriate temperature range.
Different situations, such as: the hottest the coolest conditions, unstable heat source and inner heat source are taken into consideration. Finally, the variations of satellite temperature without thermal-control is calculated and compared to exhibit the importance of the thermal-control.

摘要........................................................i
英文摘要...................................................ii
目錄......................................................iii
表目錄.....................................................vi
圖目錄....................................................vii
第一章、	緒論...............................................1
1-1 微微衛星的近況與發展....................................1
1-2 文獻回顧................................................2
第二章、	微微衛星的各次系統.................................5
2-1 結構機構次系統..........................................5
2-1-1 外部..............................................5
2-1-2 內部..................................................6
2-2 姿態控制次系統........................................8
2-3 熱傳控制次系統........................................9
2-4 電力次系統...........................................11
2-5 遙傳/追蹤/指令/資料處理次系統........................11
2-6 酬載儀器.............................................12
2-7 飛行軟體次系統.......................................12
2-8 地面站.................................................12
第三章、	微微衛星外熱源分析理論............................13
3-1 環境熱源.............................................14
3-1-1太陽輻射........................................14
3-1-2地球熱輻射及地球反射熱輻射......................15
3-2 衛星外熱源理論.......................................16
3-2-1 太陽輻射外熱源.................................16
3-2-2 地球反射外熱源.................................16
3-2-3 地球紅外線熱源.................................17
3-3 非自旋穩定衛星空間輻射熱流量.........................18
3-3-1 太陽輻射角係數.................................18
3-3-2 地球紅外角係數.................................19
3-3-3 地球反射角係數.................................20
3-4 衛星軌道時間計算.......................................21
第四章、	分析結果與討論....................................23
4-1 最熱狀況.............................................24
4-2 有陰影時的最熱狀態...................................25
4-3 最冷狀態.............................................25
4-4 姿態控制失常時.......................................26
4-5 有內熱源的狀況下.....................................27
第五章、結論與未來展望.....................................29
參考文獻...................................................31
表.........................................................33
圖.........................................................36
表目錄
表1.1 衛星的分類（依重量...................................33
表2.1 熱控材料性質表.......................................33
表4.1 熱傳分析時之材料性質.................................34
表4.2 內熱源數據表.........................................34
表4.3分析狀況與結果一覽表..................................35
圖目錄
圖2.1 鋁擠型圖(未切割).....................................36
圖2.2 鋁擠型圖(已切割).....................................36
圖2.3 外殼上之PCB板與太陽能板..............................37
圖2.4 微微衛星之外表裝配圖.................................37
圖2.5 微微衛星尺寸(單位：cm) ..............................38
圖2.6 外殼上PCB版與太陽能板尺寸圖(單位：mm)................38
圖2.7 通訊控制示意圖.......................................39
圖2.8 電力模組.............................................39
圖2.9 姿態控制硬體規劃.....................................40
圖2.10 主動式熱控示意圖....................................40
圖2.11 被動式熱控示意圖....................................41
圖2.12 第二反射鏡工作圖....................................41
圖3.1 微微衛星於太空運行所受熱源...........................42
圖3.2 太陽輻射外熱源圖.....................................42
圖3.3 地球反射輻射外熱源圖.................................43
圖3.4 地球紅外輻射外熱源圖.................................43
圖3.5 地球紅外角係數 的確定................................44
圖3.6 地球反照角係數 的確定................................44
圖3.7 衛星陰影圖...........................................45
圖3.8 計算秒數之地球循環假設圖.............................45
圖4.1 最熱循環之假設軌道圖.................................46
圖4.2 最熱循環時表面溫分佈(單位k...........................46
圖4.3 最熱循環表面溫度穩定曲線.............................47
圖4.4 最熱狀況之最冷面溫度曲線.............................47
圖4.5 有陰影時循環軌道.....................................48
圖4.6 最右面面板之溫度變化曲線.............................48
圖4.7 最上面面板之溫度變化曲線.............................49
圖4.8 最左面面板之溫度變化曲線.............................49
圖4.9 衛星在下方時右面太陽能板溫度曲線.....................50
圖4.10 衛星在下方時下面太陽能板的溫度曲線..................50
圖4.11 衛星在下方時左面的太陽能板的溫度....................51
圖4.12 無陰影區且周圍姿態控制失常時之姿態示意圖............51
圖4.13 無陰影區且周圍姿態控制失效時，衛星表面之溫度分佈圖.........................................................52
圖4.14 無陰影區且整體姿態控制失效時，衛星表面之溫度分佈圖(單位k) ........................................................52
圖4.15 有陰影區且整體姿態控制失效時之軌道及姿態示意圖......53
圖4.16 有陰影區且全部姿態控制失效時，衛星之溫度穩定曲線....53
圖4.17 內部1624晶片溫度分佈(單位k).........................54
圖4.18 內部通訊器溫度分佈(單位k)...........................54
圖4.19 考慮內熱源時使用表面塗漆時外表溫度分佈(單位k).......55
圖4.20 未使用表面塗漆的溫度分佈(單位k).....................55
圖4.21 未使用表面塗漆時內部通訊器的溫度分佈(單位k).........56
圖4.22 未使用表面塗漆時內部power晶片的溫度分佈(單位k)......56

                                

參考文獻
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