مدل‌سازی و تحلیل حرارتی ماهواره با روش شبکة الکتریکی

بلندی, حسین; میرزا قیطاقی, امیر; قربانی‌واقعی, بهمن; اسماعیل‌زاده, سید مجید; طلایی, محمدرضا

مدل‌سازی و تحلیل حرارتی ماهواره با روش شبکة الکتریکی

نویسندگان

حسین بلندی

امیر میرزا قیطاقی

بهمن قربانی‌واقعی

سید مجید اسماعیل‌زاده

محمدرضا طلایی

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

کنترل حرارت ماهواره

ماهوارة چرخان

روش شبیهسازی الکتریکی

کدHSPICE

Pattan, B., Satellite Systems: Principles and Technologies, Van Nostrand Reinhold, Springer,1993, pp. 191-194.
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.
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.
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.
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.
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.
Gilmore, D. G., Spacecraft Thermal Control Handbook, Vol. 1, Aerospace Corporation Press, 1994.
Baturkin, V. “Micro-satellite Thermal Control-Concepts and Components,” Acta Astronautica, Vol. 56, Issue 1-2, 2005, pp.161-170.
Badari Narayana, and Venkata Reddy, V., “Tehrmal Design and Performance of HAMSAT,” Acta Astronautica, Vol. 60, Issue 1, 2007, pp. 7-16.
Shafii, B. and Hasanian, M., “Thermal Analysis and Control of Satellite Systems with Using Heaters,” The 8^th Conference of Iranian Aerospace Society, Tehran, 2009, (in Persian).
Ramezani, H. and Karimian, M., “Satellite Thermal Analysis and Design Software with Lumped Method,” 8^th Conference of Iranian Aerospace Society, Tehran, 2009, (in Persian).
Shahriari, M. and Anvari, A., F, “Thermal Analysis of Satellite with 3axis Stability System,” 7^thConference of Iranian Aerospace Society, Tehran, 2008, (in Persian).
Parsaie, A., Ariannik, M. and Shojaie, T., “Structural and Thermal Design and Analysis of Satellite by Ansys Software,” 8^th Conference of Iranian Aerospace Society, Tehran, 2009, (in Persian).
Malekzade, K. and Pourshahsavari, H., “Thermal Analysis and Modeling of Nanosatellite in Steady and Transient State”, 10^th Conference of Iranian Aerospace Society, Tehran, 2011, (in Persian).
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.
Gheitaghy, A. and Atefi, Gh, “Nonlinear Heat Transfer in Solid Sphere with Combined Boundary Condition of Radiation and Convection,” 19^th Annual Conference of Mechanical Engineering, 2011, Birjand, (in Persian).
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.
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.
Mantelli, M. B. H. and Yovanovich, M., Thermal Contact Resistance, In: Spacecraft Thermal Control Handbook, Vol. 1, Fundamental Technologies, The Aerospace Press, 2002.