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系統識別號 U0002-0308200600342200
中文論文名稱 TUUSAT-1微衛星熱控系統之分析與設計-被動式磁棒
英文論文名稱 The Thermal control system of microsatellite, TUUSAT-1, which employed the passive magnetic attitude control system
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 94
學期 2
出版年 95
研究生中文姓名 李耀宗
研究生英文姓名 Yao-Tsung Li
學號 693341488
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2006-06-20
論文頁數 65頁
口試委員 指導教授-洪祖昌
共同指導教授-李宗翰
委員-蕭秋德
委員-洪祖昌
委員-李宗翰
委員-翁瑞麟
委員-蔡志然
中文關鍵字 熱控制  塗層性質  微衛星 
英文關鍵字 thermal control  coating  Microsatellite 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 微衛星熱控制技術是控制衛星內部及外部熱交換過程中,使其熱平衡溫度能維持在衛星元件與材料的容許範圍的技術。
本文是以發展微衛星模擬器為前提,初步完成軌道、姿態及熱控三個子系統的程式模擬分析。初步設計是25正立方公分微衛星幾何外形,搭配衛星任務需求,使用被動式磁棒的旋轉方式,並利用節點網格法的分析模式,以數值疊代方法來求解非線性能量方程式中的衛星溫度。並以被動式熱控技術,使衛星內元件能在安全溫度下正當運作。並假設衛星不同高度及衛星的自旋速度的因素,計算衛星的內外表面溫度變化情形,以提供日後不同任務需求,對衛星溫度的參考。
英文摘要 Satellite thermal control is the technology which controls the thermal exchange process of inside and outside, and makes the thermal equilibrium temperature of satellite device and material maintain within a tolerated boundary.
My summery which is 25cm³ cubic collocating with the need of satellite missions uses passive magnetic spin way, and utilizes the analysis pattern of Thermal Network Method and Numerical Analysis to get the satellite temperature of non-linear equation. Moreover, by using passive thermal control to make satellite device operate properly under safe temperature; by hypothesizing different satellite changing elements such as inclination, height and spin speed to calculate the temperature changing situation between inside and outside and providing satellite temperature reference for different missions demanding in the future.
論文目次 目錄
目錄..................................................... I
表目錄.................................................. IV
圖目錄................................................... V
符 號 說 明............................................ VII
第一章 緒論.............................................. 1
1-1 前言............................................. 1
1-2 文獻回顧......................................... 2
1-3 研究動機與目的................................... 3
1-4 論文架構......................................... 4
第二章 衛星任務與熱控子系統.............................. 5
2-1 衛星任務目標與需求............................... 5
2-2 TUUSAT-1 微衛星系統架構........................... 6
2-3 衛星熱控子系統需求與選擇......................... 8
第三章 衛星熱控理論分析.................................. 9
3-1 衛星熱控制技術................................... 9
3-1-1 主動式熱控制................................ 9
3-1-2 被動式熱控制................................ 9
3-2 熱平衡分析...................................... 11
3-3 節點網格法...................................... 12
3-4 衛星軌道陰影區.................................. 15
3-5 衛星軌道外熱源.................................. 16
3-5-1 太陽直接輻射角係數i 1
φ ....................... 17
3-5-2 地球紅外輻射角係數i 3
φ ....................... 18
3-5-3 地球反射輻射角係數i 2
φ ....................... 19
3-6 衛星內外表面輻射形狀因子與輻射吸收因子.......... 19
3-6-1 輻射形狀因子............................... 19
3-6-2 輻射吸收因子............................... 22
3-7 衛星溫度場計算................................... 23
3-7-1 衛星穩態溫度場............................. 23
3-7-2 衛星暫態溫度場............................. 25
第四章 實例模擬分析與討論............................... 27
4-1 分析與計算流程.................................. 27
4-2 設計與模擬...................................... 28
4-3 塗層與溫度關係................................... 29
4-3-1 增加內部表面塗層放射率..................... 29
4-3-2 增加外部表面塗層放射率..................... 30
4-4 分析結果........................................ 30
4-5 任務模擬......................................... 31
4-5-1 高度變化................................... 31
4-5-2 轉速變化................................... 31
第五章 結論與未來工作................................... 32
附錄一、地球磁場演算法.................................. 34
附錄二、Simple Thermal Analytical Models ................ 37
參考文獻................................................ 39

表目錄
表1-1 衛星的分類................................ 42
表2-1 TUUSAT-1 電源估算.......................... 42
表3-1 內節點位置................................ 43
表3-2 外節點位置表............................... 43
表4-1 材料參數.................................. 44
附表1.1 2000 年到2005 年地球磁場模型的高斯係數... 45

圖目錄
圖1-1 衛星模擬器架構圖........................... 46
圖2-1 結構圖..................................... 46
圖2-2 微衛星系統架構圖......................... 47
圖3-1 外節點圖.................................. 47
圖3-2 內節點圖................................... 48
圖3-3 以太陽為觀點的衛星軌道平面圖.............. 48
圖3-4 衛星的輻射-傳導系統....................... 49
圖3-5 太陽光和i 節點表面的夾角i
α
................. 49
圖3-6 θ 角及ϑ 角示意圖........................... 50
圖3-7 衛星-地球連線和陽光之夾角Φ 及衛星表面法向量和地
心之夾角γ .................................. 50
圖3-8 形狀因子的概念............................ 51
圖3-9 形狀因子的等值性.......................... 51
圖3-11 封閉體形狀因子的完整性................... 52
圖3-12 類型A(相平行的兩長方形) .................. 53
圖3-13 類型B(相鄰的兩長方形) .................... 53
圖4-1 被動式磁棒控制示意圖...................... 54
圖4-2 理論分析流程圖............................ 55
圖4-3 熱控溫度計算流程圖........................ 56
圖4-4 beta 角與溫度關係圖........................ 57
圖4-5 內節點1-5 溫度圖.......................... 57
圖4-6 內節點1-5 溫度(內塗層0.5) ................. 58
圖4-7 內節點1-5 溫度(內塗層0.6) ................. 58
圖4-8 內節點1-5 溫度(內塗層0.7) ................. 59
圖4-9 內節點1-5 溫度(內塗層0.8) ................. 59
圖4-10 內節點1-5 溫度(內塗層0.9) ................ 60
圖4-11 內節點1-5 溫度(外塗層0.5) ................ 60
圖4-12 內節點1-5 溫度(外塗層0.6) ................ 61
圖4-13 內節點1-5 溫度(外塗層0.7) ................ 61
圖4-14 內節點1-5 溫度(外塗層0.8) ................ 62
圖4-15 內節點1-5 溫度(外塗層0.9) ................ 62
圖4-16 內節點5 溫度(500~800km) .................. 63
圖4-17 前20 圈內節點5 溫度(3rps~0.005rps/4 天) ... 63
圖4-18 後20 圈內節點5 溫度(3rps~0.005rps/4 天) ... 64
圖4-19 內節點5 溫度(0.005rps 與3rps) ............ 64
附圖2-1 節點網格法與線性近似法溫度比較圖........ 65
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