{:de}Struktur{:}{:en}Structure{:}

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Diese Subsection ist für die gesamte mechanische Konstruktion des Satelliten verantwortlich. Ein zentrales Thema dabei ist natürlich das Gehäuse, welches die einzelnen Komponenten des Satelliten stabilisiert, vor Strahlung schützt und entstehende Wärme abführt. Die Positionierung aller Komponenten auf der Oberfläche und innerhalb des kleinen Gehäuses ist eine weitere Aufgabe. Zusätzlich beteiligen wir uns an der Entwicklung der Antenne, sowie der Reflektoren für die Mission.

Komponenten

  • Das Gehäuse unterliegt strengen Richtlinien, was Außenmaße, Gewicht, Material und Belastbarkeit betrifft. Ein 1U-Cubesat darf maximal 113,5x100x100mm groß sein und 1,33kg wiegen. Das Material darf auch unter kosmischen Einflüssen nicht ausstrahlen, muss den Vibrationen beim Start in einer Rakete, sowie Temperaturschwankungen von circa 200°C standhalten. Um letzteres zu gewährleisten, arbeiten wir eng mit der Thermalkontrolle zusammen.
  • Ein besonderer Aspekt des Gehäuses ist ein integrierter Auswurfmechanismus. Dieser ist von Cubesat-Standards vorgesehen und stellt sicher, dass mehrere gleichzeitig in den Orbit geworfene Satelliten mit genügend Abstand zueinander die Trägerrakete verlassen.
  • Für unsere Mission zur passiven Nachverfolgung des Satelliten werden auf jeder Seitenfläche eindeutige Muster aus Retro-Reflektoren benötigt. Diese dürfen sich dabei weder mit den Solarzellen überschneiden, noch die Außenmaßen des Gehäuses überschreiten. Die Reflexionseigenschaften hängen ebenfalls mit der mechanischen Integration zusammen und müssen beachtet werden.

MADDI

Aktuell arbeiten wir an MADDI (“Modell zur Ausstellung und Designtest mit detailgetreuem Innenleben“), einem Prototypen, welcher einen anschaulichen Eindruck des späteren Satelliten liefern und für Tests der Struktur und später entwickelten Komponenten dienen soll.

Entwicklung CubeSat Struktur

Zur Entwicklung des Gehäuses für den echten Satelliten ist zunächst etwas Recherche zu schon geflogenen Konstruktionen notwendig. Darauf aufbauend werden 3D-Zeichnungen am Computer (CAD) erstellt, anhand derer die mechanischen und thermischen Eigenschaften der Konstruktion simuliert werden können. Um diese Ergebnisse zu überprüfen und die Funktionstüchtigkeit sicherzustellen, wird das später gebaute Gehäuse verschiedenen Tests, wie zum Beispiel dem Aussetzen verschiedener starker Vibrationen in einem Shaker, unterzogen.

Materialienrecherche

Auch für das Material des Gehäuses wird Recherche betrieben. Es gibt zwar häufig verwendete Legierungen, welche sich bewährt haben, jedoch existieren auch Ideen für neue Stoffe mit anderen Eigenschaften, die neue Möglichkeiten bieten können. Beispielsweise beschäftigen wir uns mit Form-Gedächtnis-Legierungen, welche durch Temperaturänderungen eine vorher festgelegte Form annehmen, ohne dass eine elektronische Ansteuerung notwendig ist.

Arbeitweise

Die Aufgaben dieser Subsection geben schon einen groben Arbeitsplan vor. Das konkrete Bearbeiten von Unterpunkten wird frei nach gegenseitiger Absprache organisiert.
Grundlage für unsere Arbeit sind die Cubesat-Standards, welche den Spielraum begrenzen. Daher sollen diese, genauso wie eigene Recherche-Ergebnisse, übersichtlich im TUDSaT-eigenen Wiki zusammengefasst werden.
Sobald eine (vorläufige) Entscheidung für eine Gehäusekonstruktion getroffen werden kann, wird diese im CAD gezeichnet, sofern es nicht schon ein frei verfügbares Modell im zum Herunterladen gibt. Je nach den Ergebnissen der Simulationen und Anforderungen anderer Subsections wird das Modell iterativ verbessert.
Parallel dazu soll bei der Entwicklung der Reflektoren und die Solarzellen einerseits, sowie der Positionierung der Elektronik im Inneren und der Antenne andererseits mitgewirkt und die Vereinigung dessen mit der Gehäusekonstruktion übernommen werden.
Schlussendlich werden wir uns stark am Zusammenbau von Prototypen und des Satelliten beteiligen.

Interesse geweckt?

Dann schau doch einfach mal bei einem unserer Treffen in unserem Büro in S3|06 509 (Hans Busch Institut) vorbei. Da unser wöchentliches Teamtreffen zu wechselnden Zeiten stattfindet schreibe bitte eine Mail an die Teamleiter des Struktur-Teams, Christian Ehrt  oder Julian Olbrich.

{:}{:en}This subsection is responsible for the entire mechanical construction of the satellite. A central issue is of course the housing, which stabilizes the individual components of the satellite, protects them from radiation and dissipates any heat generated. The positioning of all components on the surface and within the small housing is another task. In addition, we participate in the development of the antenna and the reflectors for the mission.

Components

  • The housing is subject to strict guidelines regarding external dimensions, weight, material and load capacity. A 1U-Cubesat may have a maximum size of 113.5x100x100mm and weigh 1.33kg. The material must not radiate even under cosmic influences, must withstand the vibrations during the launch in a rocket and temperature fluctuations of about 200°C. To ensure the latter, we work closely with the thermal control.
  • A special aspect of the housing is an integrated ejection mechanism. This is provided for by Cubesat standards and ensures that several satellites that have been thrown into orbit simultaneously leave the launcher with sufficient distance between each other.
  • For our mission to passively track the satellite, clear patterns of retro-reflectors on each side surface are required. These must neither overlap with the solar cells nor exceed the outer dimensions of the housing. The reflection properties are also related to the mechanical integration and must be taken into account.

MADDI

Currently we are working on MADDI (abbreviation for “Model for exhibition and design test with detailed interior”, only makes sense in german), a prototype, which should give a vivid impression of the future satellite and serve for tests of the structure and later developed components.

Development CubeSat structure

To develop the housing for the real satellite, some research on already flown constructions is necessary first. Based on this, 3D drawings are created on the computer (CAD), which can be used to simulate the mechanical and thermal properties of the construction. In order to verify these results and to ensure the functionality of the housing, which is built later, it is subjected to various tests, such as exposure to various strong vibrations in a shaker.

Materials research

Research is also being conducted into the material of the housing. Although there are frequently used alloys which have proven their worth, there are also ideas for new materials with other properties which may offer new possibilities. For example, we are working on shape-memory alloys, which take on a predetermined shape through temperature changes without the need for electronic control.

How we work

The tasks of this subsection already provide a rough work plan. The concrete processing of subsections is organized freely according to mutual agreement. Basis for our work are the Cubesat standards, which limit the room for manoeuvre. Therefore, these standards, as well as our own research results, should be clearly summarized in TUDSaT’s own Wiki. As soon as a (preliminary) decision for a housing design can be made, it will be drawn in CAD, unless a freely available model is already available for download. Depending on the results of the simulations and requirements of other subsections, the model is iteratively improved. Parallel to this, the development of the reflectors and the solar cells on the one hand, and the positioning of the electronics inside and the antenna on the other hand, will be collaborated and the combination of this with the housing construction will be done. Finally, we will be heavily involved in the assembly of the prototype and the satellite.

Got interested?

Then just drop by one of our meetings at our office in S3|06 509 (Hans Busch Institute). As our weekly team meeting takes place at different times, please write an email to the team leaders of the Structure team, Christian Ehrt and Julian Olbrich.{:}