ISBN 978-3-8439-2853-3

978-3-8439-2853-3, Reihe Raumfahrt

Fabian Steinmetz
Realisierung des Thermalkontrollsystems für einen Kleinsatelliten

174 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Für einen Satelliten ist die Thermalkontrolle unverzichtbar, um den Betrieb dauerhaft sicherzustellen. Diese Dissertation behandelt die Realisierung eines solchen Thermalkontrollsystems am Beispiel des Satelliten Flying Laptop.

Für den Flying Laptop wurde ein aktives Thermalkontrollsystem gewählt. Dieses basiert auf ausgewählten Radiatorflächen, deren Größe durch eine Mehrschichtisolation einmalig eingestellt wird. Als aktive Elemente werden elektrische Heizer eingesetzt, die durch Bimetall-Thermostate oder per Softwareregelung aktiviert werden. Zu Beginn dieser Arbeit werden die nötigen Eigenschaften dieser Komponenten ermittelt. Neben der benötigten Radiatorfläche werden damit sowohl die benötigte Heizleistungen als auch der Aufbau der Mehrschichtisolation bestimmt. Die verwendeten numerischen Modelle werden erläutert und die Ergebnisse diskutiert. Anhand des Thermalmodells des Satelliten wird gezeigt, dass der Betrieb unter Einhaltung der Anforderungen möglich ist.

In einem weiteren Schritt geht es darum, die aufgestellten Spezifikationen in entsprechende Komponenten umzusetzen und diese im Satelliten zu integrieren. Neben der Materialwahl für die Mehrschichtisolation und der Radiatoren, wird die Auswahl der Heizer, Thermostate und Temperatursensoren behandelt. Dabei werden mögliche Varianten gegenübergestellt und durch Entscheidungskriterien eine Ideallösung ausgewählt. Ebenfalls wird hier der Regelalgorithmus für die aktive Thermalkontrolle durch die Heizer dargestellt.

Als abschließendes Kapitel werden die Thermal-Vakuum-Tests näher erläutert, die im Rahmen der Dissertation durchgeführt wurden. Mit Hilfe der Tests wurden Komponenten auf ihre Tauglichkeit im Thermal-Vakuum getestet und Parameter für die thermale Simulation ermittelt. Hauptaugenmerk wird in diesem Kapitel auf die Tests der Batterie und des Struktur-Thermal-Modells des Flying Laptop gelegt. Die am IRS selbst entwickelte Batterie stellt hohe Anforderungen an die Thermalkontrolle und wurde diversen Tests zur Qualifikation unterzogen. Zudem wurden die Batteriezellen für die Thermalsimulation entsprechend charakterisiert, um ein detailliertes Modell der Batterie zu entwickeln. Dies wurde ebenfalls mit einem Struktur-Thermal-Modell des gesamten Satelliten durchgeführt, auf dessen Grundlage das Gesamtmodell des Satelliten validiert werden konnte. Die Arbeit schließt mit einer grundlegenden Planung der Thermal-Vakuum-Tests für das Flugmodell des Flying Laptop ab.