Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-11817
For citation please use:
Main Title: Thermalkontrollsystem mit Latentwärmespeicher für Picosatelliten
Translated Title: Thermal control system with phase change material for picosatellites
Author(s): Wolf, Ronny
Referee(s): Brieß, Klaus
Kayal, Hakan
Bardenhagen, Andreas
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Die Einsatzmöglichkeiten von CubeSats haben in den letzten Jahren, aufgrund des technologischen Fortschritts, rasant zugenommen. Fortschreitende Entwicklungen im Bereich Erdbeobachtung und Echtzeit-Kommunikation, wie dem Internet-der-Dinge, erfordern zunehmend verteilte Satellitensysteme. Damit solche Konstellationen für Unternehmen der NewSpace-Branche finanzierbar sind, werden Anstrengungen unternommen, Satelliten zu verkleinern und somit kostengünstiger in den Weltraum zu befördern. Der gestiegene Miniaturisierungsgrad einzelner Komponenten, verringert die notwendige Satellitengröße signifikant. Somit lassen sich multifunktionale und hochintegrierte Baugruppen auf stark verkleinerten CubeSat-Plattformen realisieren. Die im Rahmen des Satellitenprojekts PiNaSys II der Technischen Universität Berlin entwickelten Picosatelliten BEESAT-5..8 sollen mit ihrem 0.25U Format die Systemzuverlässigkeit eines stark miniaturisierten Satellitenbusses nachweisen. Diese Picosatelliten werden im Orbit, aufgrund ihrer geringen thermischen Masse, sehr starken Temperaturschwankungen unterliegen, die zu Beschädigungen der Elektronikkomponenten und einem vorzeitigen Systemausfall führen können. Das Thermalkontrollsystem von BEESAT-5..8 soll diese Temperaturschwankungen beschränken und die Einhaltung von Grenzwerten sicherstellen. Die Herausforderung besteht dabei in der Entwicklung eines passiven Thermalkonzeptes, da elektrische Heizelemente den ohnehin begrenzten Energiehaushalt der Picosatelliten zusätzlich belasten würden. Dafür sollen mit Hilfe von Thermalsimulationen entwickelte, konstruktive Lösungen zum Einsatz kommen, sowie verschiedene Materialeigenschaften und neue Beschichtungsverfahren kombiniert und hinsichtlich ihrer Thermal- und Strahlungscharakteristika untersucht werden. Latentwärmespeicher nehmen mittels thermodynamischer Zustandsänderungen des Speichermediums die ihnen zugeführte thermische Energie auf und speichern diese. Aufgrund dieser Eigenschaft besitzen sie eine sehr hohe Wärmekapazität bei geringer Eigenmasse. Diese auch als Phasen-Wechsel-Material bezeichneten Wärmespeicher sollen die Regulierung der Komponententemperatur durch die gezielte Aufnahme und Abgabe von Wärmeenergie unterstützen. Das Thermalkontrollsystem mit Latentwärmespeicher für miniaturisierte Picosatelliten-Plattformen soll im Rahmen von BEESAT-5..8 entwickelt, qualifiziert und anschließend im Orbit verifiziert werden.
The application possibilities of CubeSats have increased rapidly in recent years due to technological progress. Progressive developments in earth observation and real-time communication, such as the Internet of Things, increasingly require distributed satellite systems. In order to make such constellations financially viable for companies in the NewSpace industry, efforts are being made to reduce the size of satellites and thus to transport them into space more cost-effectively. The increased degree of miniaturization of individual components significantly reduces the required satellite size. Thus, multifunctional and highly integrated components can be realized on highly miniaturized CubeSat platforms. The picosatellites BEESAT-5..8, developed within the satellite project PiNaSys II of the Technische Universität Berlin, should prove with their 0.25U format the system reliability of a highly miniaturized satellite bus. Due to their low thermal mass, these picosatellites will be subject to very strong temperature fluctuations in orbit, which may lead to damage of electronic components and premature system failure. The thermal control system of BEESAT-5..8 is intended to limit the temperature fluctuations and ensure compliance with limit values. The challenge here is to develop a passive thermal concept, since electrical heating elements would place an additional burden on the already limited energy budget of the picosatellites. For this purpose, design solutions developed with the help of thermal simulations are to be used, and various material properties and new coating processes are to be combined and investigated with regard to their thermal and radiation characteristics. Latent heat accumulators absorb and store the thermal energy supplied to them by means of thermodynamic changes of state of the storage medium. Due to this property, they have a very high heat capacity with a low dead weight. These heat accumulators, also known as phase change materials, are intended to support the regulation of the component temperature by the targeted absorption and release of heat energy. The thermal control system with latent heat storage for miniaturised picosatellite platforms is to be developed, qualified and subsequently verified in orbit within the framework of BEESAT-5..8.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/13022
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-11817
Exam Date: 17-Mar-2021
Issue Date: 2021
Date Available: 11-Jun-2021
DDC Class: 629 Andere Fachrichtungen der Ingenieurwissenschaften
Subject(s): Picosatellit
BEESAT
PCM
Latentwärmespeicher
picosatellite
latent heat storage
License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
Appears in Collections:FG Raumfahrttechnik » Publications

Files in This Item:
wolf_ronny.pdf
Format: Adobe PDF | Size: 19.53 MB
DownloadShow Preview
Thumbnail

Item Export Bar

This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons