potenze schede elettroniche

Come ultima analisi, vengono valutate le temperature a dipendenza della potenza termica dissipata dai componenti interni il CubeSat. Ad oggi ADAA ha in fase di progettazione il payload che verrà inserito all’interno di ALsat#1, quando questo verrà completato si avrà un’idea più chiara della reale potenza termica da attribuire al modello. Sappiamo che le schede elettroniche variano la loro attività durante l’orbita: quando trasmettono con la grondstation, segnale della durata di circa 20 𝑚𝑖𝑛, l’attività è massima, mentre quando è in veglia o in riposo l’attività decresce in modo sostanziale. Dai dati reperiti sappiamo che sovrastimando la potenza, si arriva ai 4 𝑊 dissipati. Sono state scelte quindi 3 potenze: una minima (1 𝑊), una ragionevole (4 𝑊) ed una nel caso ci fosse un malfunzionamento del sistema e assistessimo ad un picco elevato (8 𝑊).

Nel Grafico 8.4 si può notare come le potenze interne influenzino molto la temperatura complessiva del dominio. Possiamo infatti riscontrare delle temperature massime di 300 K per quanto riguarda la potenza di 8 W; questa potenza è sovradimensionata in quanto sappiamo che il sistema può raggiungere di norma al massimo i totali 4 W, si è scelto di verificare anche quel valore in modo da

230 240 250 260 270 280 290 300 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 T [K ] time [min]

Potenze schede elettroniche

1W 8W 4W

vedere il comportamento della struttura nel caso ci fosse un picco di potenza a causa, ad esempio, di un mal funzionamento del payload.

Come ci si aspettava, da Figura 7.7, si può notare che la zona con temperatura maggiore è più omogenea rispetto che all’analisi standard 1 dove la dissipazione avveniva attraverso una sola scheda elettronica. Le temperature massime raggiunge all’interno del satellite sono di 299.8 𝐾, mentre quelle minime sono pari a 297 𝐾.

9 Conclusioni

Il seguente elaborato aveva lo scopo di valutare se le temperature raggiunte dal satellite ALSat#1 fossero compromettenti per il payload e per la strumentazione di bordo. Oltre ciò ci si è prefissi di creare un modello adatto, per le analisi, che tenesse conto dei flussi incidenti sul dominio in funzione del moto del satellite.

Al fine di valutare ciò sono state eseguite due macro analisi: una 2D ed una 3D.

L’analisi 2D ha previsto la creazione di un modello semplice, ovvero un quadrato sui cui lati vengono applicate le condizioni al contorno. L’analisi 3D invece prevede una semplificazione del satellite che verrà realizzato; questo è di forma cuboide con un volume di 0.001 𝑚3_{, ha un telaio di alluminio di}

spessore 2 𝑚𝑚 mentre all’interno prevede 6 schede elettroniche utilizzate per la missione. Come semplificazione si sono suddivise le facce del cubo in due sezioni: quella con area TOT viene modellata come alluminio, la restante con le proprietà dei pannelli solari scelti.

Una volta concepiti i modelli da utilizzare si sono analizzati i flussi che interessano il dominio, i quali sono: radiazione solare, irraggiamento di albedo, irraggiamento terrestre i quali dipendono dall’orientamento del satellite, irraggiamento verso il deep space e dissipazione interna dovuta al funzionamento della strumentazione di bordo che sono mantenuti costanti nel tempo.

Durante l’analisi 2D, si è dapprima considerato il satellite con solo moto di spin senza moto di rivoluzione. Esso è stato posto tra il Sole e la Terra con moto rotazionale attorno al proprio asse x, con velocità 𝜔𝑠= 2°/𝑚𝑖𝑛. Dapprima si sono analizzati i flussi dipendenti dall’orientamento in Matlab per

vederne l’andamento ed avere una base per compilare le UDF utilizzate successivamente in Fluent. Successivamente si è eseguita un’analisi CFD aggiungendo i flussi termici non considerati nella simulazione Matlab. Questa analisi ha il solo scopo di controllare che le condizioni al contorno, definite tramite UDF, siano corrette; a questo scopo si è scelto un dominio semplice ovvero un quadrato di alluminio.

Un’altra parte facente parte dell’analisi 2D, è l’implementazione del moto di rivoluzione. Come per l’analisi precedente si sono analizzati i flussi tramite Matlab e successivamente tramite UDF in Fluent. Si è visto che i picchi di potenza termica assorbita dal dominio vengono ritardati nel tempo, infatti essendo, per assunzione, il moto di spin e quello di rivoluzione, segno concorde, la velocità totale del sistema è la differenza fra le due.

Dopodiché si è passati all’analisi 3D utilizzando il modello semplificato di ALSat#1. Per questo secondo esame sono stati eseguite due analisi: la prima che chiamiamo standard durante la quale i parametri quali, assorbanza ed emissione dell’alluminio, potenza interna generata ed efficienza dei pannelli solari, rimangono costanti; un’altra invece parametrica durante la quale vengono fatti variare i parametri appena descritti ed analizzarne il comportamento.

Per quanto riguarda la prima parte dell’analisi, si sono compilate 2 UDF a descrizione delle condizioni al contorno per ogni faccia laterale del satellite: una relativa ai flussi di irraggiamento solare, di albedo e terrestre per la zona di alluminio, una relativa solo ai primi due citati in quanto l’irraggiamento terrestre non è significativo nell’assorbimento di energia dei pannelli solari; la condizione al contorno di irraggiamento verso lo spazio è stata imposta in Fluent.

Sui lati del satellite a (top) e b (bottom), invece, sono state imposte le condizioni al contorno solo zona di alluminio in modo tale da tener conto che, nell’orbita scelta, le facce in questione vengono irradiate dal flusso di albedo e irraggiamento terrestre con un fattore di vista costante; d’altro canto le zone con i pannelli solari hanno come condizione al contorno il solo irraggiamento verso lo spazio profondo in quanto, i raggi solari sono stati assunti paralleli alle facce e quindi non incidenti su di esse. Dai risultati ottenuti è possibile affermare che le temperature raggiunte non compromettono ne la struttura ne il funzionamento del payload, infatti la temperatura massima raggiunta dalle pareti esterne è pari a 284.6 𝐾 mentre la minore ha un valore di 252.2 𝐾.

Le temperature raggiunte all’interno del dominio sono invece le seguenti: 269.27 K come temperatura massima ed 266.65 K di minima.

L’ultima parte dell’analisi è volta allo studio della variazione dei parametri quali assorbanza ed emissività alluminio, che assumiamo essere uguali, potenza generata interna ed efficienza delle celle solari. Si è notato che il parametro che più influenza la temperatura massima positiva è la variazione di potenza interna, infatti possiamo notare che, nel caso avessimo un picco di potenza di 8 W per un tempo prolungato, avremo che le temperature massime raggiunte si aggirano intorno ai 300 K; di contro le temperature minime raggiunte le si trovano quando analizziamo il satellite con assorbanza ed emissività settati a 0.1, infatti diminuendo questo parametro avremo che il flusso entrante va diminuendo; la temperatura minima raggiunta si aggira intorno ai 234 K.