Fagstoff

Mekanisk konstruksjon

Publisert: 06.10.2010, Oppdatert: 03.03.2017

Den mekaniske konstruksjonen av ein satellitt er viktig for ytekrafta. Utfordringa er å oppnå den styrken og stivleiken ein ønskjer med minst mogleg masse. Som ein del av den mekaniske strukturen har vi også mekanismar som skal utføre visse operasjonar, anten ved bestemde høve eller kontinuerleg gjennom heile levetida for satellitten, utan vedlikehald.

Krav til mekanisk struktur

Krava til den mekaniske strukturen er fleire:

  • stor styrke mot brot og varig deformasjon. Oppskytingsfasen er kritisk med store påkjenningar, både statiske krefter og sterke vibrasjonar. Satellitten må "overleve" denne fasen utan varig skade.
  • stor stivleik. Plattforma skal vere berar for utstyr der mellom anna peikeretninga er korrekt. Det gjeld både kommunikasjons- og jordobservasjonssatellittar. Da er det viktig at fundamentet er stødig.
  • låg masse med gitt stivleik og styrke. Oppskyting er kostbart målt i kroner per kg masse. Når total masse er avgrensa, ville reduksjon i plattformmasse kunne gi auka mengd drivstoff for banekontroll, og dermed lengre levetid.
  • låg termisk deformasjon. I rommet vil delar av satellittane kunne bli utsette for solstråling og dermed sterk lokal oppvarming, samstundes som andre delar av den mekaniske strukturen blir sterkt avkjølte. Dette må ikkje føre til mekaniske deformasjonar.
  • gode elektriske, elektrostatiske og magnetiske eigenskapar. Miljøet i rommet er krevjande. Eit problem som er vanskeleg å handtere, er elektrostatisk opplading som skuldast at satellitten beveger seg i plasma. Slik opplading kan føre til utladingar som kan øydeleggje delar av satellitten.
  • motstandsevne mot degradering på grunn av vakuum, sublimering og erosjon.

Mekanismar

Ein satellitt vil ofte vere utstyrt med mekanismar av svært ulike slag. Nokre av dei vil operere kontinuerleg, som til dømes styringa av solcellepanela for geostasjonære satellittar. Desse må gjere éi omdreiing i løpet av 24 timar. Satellittar kan også vere utstyrte med gyroar som skal rotere med fleire tusen omdreiingar per minutt i heile levetida til satellitten, fleire år. Smøring er eitt av problema her. Andre mekanismar skal utføre berre ein einskild operasjon, som til dømes å falde ut solcellepanela etter at satellitten er plassert i geostasjonær bane.

Materiale

Det er to hovudtypar materiale som blir nytta i satellittplattformer: metalliske materiale og keram. Dei vanlegaste metalliske legeringane er baserte på aluminium, magnesium og titan.

Bikubestruktur. Illustrasjon.Honeycombstruktur.
Forfatter: Narom
 

Ein spesiell konstruksjon som er mykje brukt, er honeycomb- (bikube-) struktur. Han er svært lett, sterk og har stor stivleik. Når dette materialet skal nyttast i satellittar, vil det vere problem med vakuum. På bakken inneheld cellene luft, og dei må anten gassast ut før oppskyting, eller bli utstyrte med luftehol.

Polymere komposittmateriale

Hovudtypar er:

  • fiberforsterka materiale
  • matrisemateriale
  • termoplastiske materiale

Styrkeberekningar

Styrkeberekningar for ein satellittplattform må omfatte både statiske og dynamiske forhold. Her blir “finite element”-metoden nytta. Strukturen blir da delt inn i mange element der lastfordeling, elastiske eigenskapar og grensevilkåra er kjende. Same metodane blir nytta også til styrkeberekning av skipsskrog og andre mekaniske konstruksjonar.

Dei dynamiske eigenskapane for plattforma må så koplast med dei dynamiske eigenskapane for raketten. Det er da mogleg å studere vibrasjonstilhøva og avgjere kor forsterkingar trengst.