Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Preliminary design of 3U CubeSat satellite

Mateusz Tadeusz Przerwa

Abstract

The thesis goal is to preliminarily design a 3U satellite in CubeSat standard. The overall mission objectives were set beforehand - Earth imaging and deorbitation with help of propulsion. The thesis consists of 6 parts First one is mission plan creation and selection of convenient orbit and launch provider. It was decided that only a smart fragment of Earth, near the North Pole, will be imaged. Also SSO orbit with an altitude of 500km was found to be most suitable. To quicken deorbitation, orbit change of 250km will be performed using spiral descent maneuver with continuous thrust, dedicated for low thrust engines. Second part is about electrical components selection from existing COTS (Customer off-the-shelf) solutions. An analysis was done to find optimal propulsion unit for given $\Delta v$. Specific impulse and propellant mass required for orbit change maneuver was also calculated. The next one is structure design, where every design solution is talked through. Mass and energy budgets are fourth part. In energy budget the satellite's operational modes were described and stored energy per one orbital period was calculated. Mass budged revealed that CubeSat's mass nearly exceeds restriction imposed by CDS. Calculations were made with no margins included. The last but not least is modal analysis made in ANSYS® Academic Teaching Introductory Mechanical, Release 19. The strucure model was simplified and analysis was done for only a quarter. The heaviest components were replaced by point masses. It was found that the most vulnerable part are walls.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Mateusz Tadeusz Przerwa (FPAE) Mateusz Tadeusz Przerwa,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Projekt wstępny satelity wielkości 3U w standardzie CUBESAT
Supervisor
Jan Kindracki (FPAE/IHE) Jan Kindracki,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)
Study subject / specialization
, Lotnictwo i Kosmonautyka (Aerospace Engineering)
Language
(en) English
Status
Finished
Defense Date
25-03-2019
Issue date (year)
2019
Pages
55
Internal identifier
MEL; PD-5045
Reviewers
Łukasz Mężyk (FPAE/IHE) Łukasz Mężyk,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Jan Kindracki (FPAE/IHE) Jan Kindracki,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
projekt wstępny, CubeSat, satelita, przestrzeń kosmiczna, analiza modalna
Keywords in English
preliminary design, CubeSat, satellite, space, modal analysis
Abstract in Polish
Głównym celem pracy było wykonanie wstępnego projektu satelity o wielkości 3U, według specyfikacji projektowej standardu CubeSat (CDS). Założono plan misji opierający się na wykonaniu zestawu obrazów konkretnego fragmentu Ziemii oraz zmianie orbity na niższą w celu szybszej deorbitacji. W zakres pracy wchodziło: utworzenie planu misji, znalezienie dogodych orbit i przewoźników, dobór systemów satelity, zaprojektowanie struktury, obliczenie budżetów masy i energii oraz analiza modalna struktury. Utworzony plan misji przewidywał, że lot odbędzie się na orbitę SSO na wysokość 500km w rakiecie Electron od Rocket Lab. Do zmiany orbity z 500km na 250km zostanie wykorzystany manewr zejścia po spirali z ciągłym użyciem silnika, przeznaczony dla napędów o niskim ciągu. Systemy satelity dobrano z istniejących, gotowych już rozwiązań, tzw. produków COTS (Commercial off-the-shelf). W celu znalezienia optymalnej jednostki napędowej obliczono wymagane $\Delta v$ i impuls właściwy, a także masę materiału napędowego niezbędnego do manewru. Obliczenia budżetu masowego wykazały, że dozwolona maksymalna masa nie zostało przekroczone jedynie o parę gramów. Przy czym nie uwzględnione zostały żadne marginesy. Analizę modalną wykonano w programie ANSYS® Academic Teaching Introductory Mechanical, wersja 19. Odpowiednio uproszczony model struktry uznano za podwójnie symetryczny i do obliczeń wzięto jego ćwiartkę. Najcięższe komponenty zostały zastąpione masami punktowymi. Najbardziej narażonym elementem okazały się być ścianki CubeSata.
File
  • File: 1
    1112214.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 32499

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTc8b160557a874b0d9d0d09d5c6b61d30/
URN
urn:pw-repo:WUTc8b160557a874b0d9d0d09d5c6b61d30

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page