Thermal analysis of a low earth orbit satellite

Abstract

Abstract The document studies satellite’s thermal control systems and thermal analysis of a cubesat in a low earth orbit. The thermal control subsystem (TCS) maintains the CubeSat to be within the allowable operational and survival temperature limits. In this document, the thermal analysis of the cubesat is done in two states: a steady state and a transient state, the temperatures were determined for the cubeSat with no thermal control. The resulting temperatures were then compared to typical temperature limits of the components to determine if they could survive and operate in some specific thermal environment. Two cases were investigated a hot case were the cubesat gain the maximum heat while exposing to direct sunlight and a cold case when the cubesat is in the eclipse. Thermal analysis are very important before launching the cubesat in its orbit, it helps to approximate the changes of temperature that may the cubesat experience. In this work STK.11 software and Matlab R2015a also Microsoft EXCEL 2010 are used in the thermal analysis To ensure a successful mission and long lifetime to the cubesat, it is necessary within the scope of the study to design a Thermal Control System (TCS). This work summarizes the orbital analysis and thermal design and thermal analysis of a 3U cubesat launched in LEO orbit. The methodology used in this document: single node model in the first part of the simulation, then a multi-node model, six surfaces of satellite taken as six nodes and all of the surfaces have different heat sources therefore different temperature in the second part of the simulation.

Résumé Ce document étudier le systeme de control thermique et l’analyse thermique d’un cubesat en orbite basse. Le systeme de control thermique assure que le cubesat fonctionne dans des limites de température opérationnelles. Dans ce document l’analyse thermique ce fait dans deux états: un état stable, et un état transitoire, les températures ont été détrminées pour le cubesat sans controle thermique. Ensuite les températures résultantes ont été comparés avec les limites de températures des composants pour déterminer s’ils pouvaient survivre et fonctionne dans ce environnement . deux cas ont été étudiés , un cas chaud ça c’est quand le cubesat gagne le maximum de chaleur lorsqu’il est exposé a la lumière directe du soleil, et un cas froid lorsque le cubesat est dans la phase d’eclipse. L’analyse thermique est trés imporatante avant de lancer le cubesat dans son orbite, cette étape aide a rapprocher les changement de température que le cubesat peut etre experimenté. Dans ce travail, pour faire l’analyse thermique du cubesat , on a utilisé STK.11 software , Matlab R2015a et aussi Microsoft EXCEL 2010 . Pour assurer une mission réussie et une longue durée de vie du cubesat, i lest necessare dans le cadre de l’étude de concevoir un système de controle thermique (SCT). Ce travail résume l’analyse orbitale, analyse thermique et le système de controle thermique d’un 3U cubesat en orbite basse. La methodologie utilisée dans ce document: modèle a noeud unique dans la première partie de la simulation, puis multi-noeuds model, dans ce model le cubesat a six faces donc il est converti chaque face en noeud , alors on a six noeuds, et toutes les surfaces ont des chaleurs différentes donc les tempéeratures sont différentes , dans la deuxième partie de la simulation.