Fagstoff

Mekanisk konstruksjon

Publisert: 01.09.2010, Oppdatert: 03.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

Den mekaniske konstruksjonen av en satellitt er viktig for ytelsen for satellitten. Utfordringen er å oppnå den ønskede styrke og stivhet med minst mulig masse. Som en del av den mekaniske strukturen har vi også mekanismer som skal utføre visse operasjoner, enten ved bestemte anledninger eller kontinuerlig gjennom hele levetida for satellitten, uten vedlikehold.

Krav til mekanisk struktur

Kravene til den mekaniske strukturen er flere:

  • stor styrke mot brudd og varig deformasjon. Oppskytingsfasen er kritisk med store påkjenninger, både statiske krefter og sterke vibrasjoner. Satellitten må "overleve" denne fasen uten varig skade.
  • stor stivhet. Plattformen skal være bærer for utstyr hvor blant annet pekeretningen er korrekt. Det gjelder både kommunikasjons- og jordobservasjonssatellitter. Da er det viktig at fundamentet er stødig.
  • lav masse med gitt stivhet og styrke. Oppskyting er kostbar målt i kroner per kg masse. Når total masse er begrenset, ville reduksjon i plattformmasse kunne gi øket mengde drivstoff for banekontroll, og dermed lengre levetid.
  • lav termisk deformasjon. I rommet vil deler av satellittene kunne bli utsatt for solbelysning og dermed sterk lokal oppvarming, samtidig som andre deler av den mekaniske strukturen blir sterkt avkjølt. Dette må ikke føre til mekaniske deformasjoner.
  • gode elektriske, elektrostatiske og magnetiske egenskaper. Miljøet i rommet er krevende. Et problem som er vanskelig å håndtere, er elektrostatisk opplading som skyldes at satellitten beveger seg i plasma. Slik opplading kan føre til utladninger som kan ødelegge deler av satellitten.
  • motstandsevne mot degradering på grunn av vakuum, sublimering og erosjon.

Mekanismer

En satellitt vil ofte være utstyrt med mekanismer av svært forskjellig slag. Noen av disse vil operere kontinuerlig, som for eksempel styringen av solcellepanelene for geostasjonære satellitter. Disse må gjøre én omdreining i løpet av 24 timer. Satellitter kan også være utstyrt med gyroer som skal rotere med flere tusen omdreininger per minutt i hele satellittens levetid, flere år. Smøring er ett av problemene her. Andre mekanismer skal utføre bare en enkelt operasjon, som for eksempel å folde ut solcellepanelene etter at satellitten er plassert i geostasjonær bane.

Materialer

Det er to hovedtyper materialer som benyttes i satellittplattformer: metalliske materialer og keramer. De vanligste metalliske legeringene er basert på aluminium, magnesium og titan.

Bikubestruktur. Illustrasjon.Honeycombstruktur.
Forfatter: Narom
 

En spesiell konstruksjon som er mye brukt er honeycomb (bikube-) -struktur. Den er meget lett, sterk og har stor stivhet. Når dette materialet skal benyttes i satellitter vil det være problemer med vakuum. På bakken inneholder cellene luft, og de må enten utgasses før oppskyting, eller utstyres med luftehull.

Polymere komposittmaterialer

Hovedtyper er:

  • fiberforsterkede materialer
  • matrisematerialer
  • termoplastiske materialer

Styrkeberegninger

Styrkeberegninger for en satellittplattform må omfatte både statiske og dynamiske forhold. Her benyttes “finite element”-metoden. Strukturen deles da inn i et stort antall elementer hvor lastfordeling, elastiske egenskaper og grensebetingelsene er kjent. Samme metodene benyttes også til styrkeberegning av skipsskrog og andre mekaniske konstruksjoner.

De dynamiske egenskapene for plattformen må så kobles med de dynamiske egenskapene for raketten. Det er da mulig å studere vibrasjonsforholdene og bestemme hvor forsterkninger er nødvendig.