本文是以設計TUUSAT-1A微衛星熱控子系統為目的，完成TUUSAT-1A微衛星熱控子系統的程式模擬分析。初步設計是28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。且以被動式熱控技術，使衛星內元件能在安全溫度下正當運作。在假設衛星不同beta angle及衛星worse case的狀況下時，計算衛星的內外表面溫度變化情形，並且比較各元件操作溫度，將衛星內部溫度維持在各元件的操作溫度下，使衛星能完成其各項任務。最後根據TUUSAT-1A之熱控設計的方法及模擬的數據，可以作為日後不同任務需求，對衛星溫度的參考。

This paper employed the thermal Network Method to simulate satellite, TUUSAT-1A (28×28×28cm³) which employed the passive thermal control device and discussed the effects of various spin speed, altitude, beta angle and finish of the satellite on the thermal control system. When the TUUSAT-1A Micro-satellite under the different beta angles and different worse case conditions, we simulated and calculated the temperatures of inside and outside surface individually, and compared the component’s operating temperature. The final results show that, for each possible beta angle, the present thermal design is able to maintain each component’s temperature within their allowable ranges with an uncertainty margin of 5℃.

目錄	I
表目錄	IV
圖目錄	V
符號說明	VIII
名詞解釋	XI
第一章 序論	1
1-1 前言	1
1-2 文獻回顧	2
1-3 研究動機與目的	6
第二章 衛星任務與熱控子系統	8
2-1 衛星任務目標與需求	8
2-2 TUUSAT-1A微衛星系統架構	9
2-3 衛星熱控系統設計流程	11
2-4 衛星熱控系統的需求	13
第三章 衛星熱控理論分析	15
3-1 衛星熱控制技術	15
3-1-1 主動式熱控制	16
3-1-2 被動式熱控制	17
3-2 熱平衡分析	18
3-3 節點網格法	20
3-4 衛星軌道陰影區	22
3-5 衛星軌道外熱源	24
3-5-1太陽直接輻射角係數 	24
3-5-2 地球紅外輻射角係數 	25
3-5-3 地球反射輻射角係數 	26
3-6 衛星內外表面輻射形狀因子與輻射吸收因子	27
3-6-1輻射形狀因子	27
3-6-2輻射吸收因子	29
3-7衛星溫度場計算	30
3-7-1 衛星穩態溫度場	30
3-7-2 衛星暫態溫度場	32
第四章 TUUSAT-1A實例模擬分析	34
4-1結構配置	34
4-2熱控系統設計方法	36
4-3熱控設計參數	37
4-4熱控模型	37
4-3分析結果	38
第五章 結論與未來展望	42
附錄一、Simple Thermal Analytical Models	44
參考文獻	45
表目錄
表2-1 TUUSAT-1A熱控需求與限制	48
表2-2 TUUSAT-1A元件操作溫度與電源估算	48
表4-1熱控環境參數	49
表4-2材料參數	49
表4-3不同Beta之溫度比較(Cold environmental constants)	50
表4-4不同Beta之溫度比較(Hot environmental constants)	50
表4-5內部節點溫度範圍	50
表4-6 Tray1內部溫度與元件溫度比較	51
表4-7 Tray2內部溫度與元件溫度比較	51
表4-8 Tray3內部溫度與元件溫度比較	51
表4-9 Tray4內部溫度與元件溫度比較	51
表4-10絕熱螺栓材料熱性質	52
表4-11加入絕熱螺栓內部平均溫度比較	52
圖目錄
圖1-1熱控系統組成示意圖	53
圖2-1 TUUSTA-1A結構示意圖	53
圖2-2 微衛星系統架構圖	54
圖2-3 熱控設計流程圖	55
圖3-1 以太陽為觀點的衛星軌道平面圖	56
圖3-2 衛星的輻射-傳導系統	56
圖3-3 太陽光和i節點表面的夾角 	57
圖3-4  角及 角示意圖	57
圖3-5 衛星-地球連線和陽光之夾角 及衛星表面法向量和地心之夾角 	58
圖3-6 形狀因子的概念	58
圖3-7 形狀因子的等值性	59
圖3-8 形狀因子的等加性	59
圖3-9 封閉體形狀因子的完整性	60
圖3-10 類型A(相平行的兩長方形)	60
圖3-11 類型B(相鄰的兩長方形)	61
圖4-1 被動式磁棒控制示意圖	61
圖4-2第一層-電腦層	62
圖4-3第二層-電源層	62
圖4-4第三層-通訊層	63
圖4-5第四層-BCR層	63
圖4-6太陽能板貼附位置示意圖	64
圖4-7太陽角(Beta angle)示意圖	64
圖4-8 TUUSAT-1A太陽角示意圖	65
圖4-9 內節點圖	65
圖4-10外節點圖	66
圖4-11太陽能板節點圖	66
圖4-12理論分析流程圖	67
圖4-13熱控溫度計算流程圖	68
圖4-14 no thermal control內部平均溫度圖	69
圖4-15內部平均溫度圖(coating e=0.7)	69
圖4-16內部平均溫度圖(coating e=0.8)	69
圖4-17內部平均溫度圖(altitude 300km)	70
圖4-18內部平均溫度圖(altitude 700km)	71
圖4-19內部節點平均溫度分布圖(轉速0.3rpm)	71
圖4-20內部節點平均溫度分布圖(轉速0.2rpm)	72
圖4-21內部節點平均溫度分布圖(轉速0.1rpm)	72
圖4-22內部節點平均溫度分布圖(cold case)	73
圖4-23內部節點平均溫度分布圖(hot case)	73
圖4-24絕熱螺栓設計圖	74
圖4-25內部平均溫度圖(無螺栓)	74
圖4-26內部平均溫度圖(加入螺栓)	75
圖4-27簡易熱分析模式內部平均溫度圖	75

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