CubeSaty: Malé satelity s obrovskými možnostmi

Ve spolupráci s CEITEC a průmyslovým partnerem jsme vyvinuli odlehčený 2U rám
pro mikro družice na platformě CubeSat. Pomocí pokročilých technologií
a materiálů jsme rám přizpůsobili pro konkrétní vnitřní vybavení družice.
Zároveň jsme snížili jeho hmotnost při zachování pevnosti a odolnosti potřebnými
pro kosmické mise.

CubeSaty jsou nano/mikro satelity – velmi malé družice, jejichž základní stavební blok
(= jednotka unit – U) je objem kvádru s unifikovanými rozměry 100 x 100 x 113,5 mm.

Pro představu – délka strany jedné stavební jednotky je menší než Váš chytrý telefon!

Podle potřeby a rozměrů vybavení satelitu lze složit několik jednotek U dohromady podle jasně předdefinovaných finálních tvarů. Díky jejich popularitě začínají vznikat CubeSaty o rozměrech až 27U (340 x 350 x 360 mm, 54 Kg).

Přehled velikosti rámů CubeSatů

CubeSaty oproti konvenčním družicím představují odlišný přístup k vesmírnému výzkumu a průzkumu. Zatímco CubeSaty se vyznačují kompaktními rozměry, modularitou a cenovou dostupností, konvenční družice nabízejí větší velikost, specializaci a širší možnosti výzkumu.

Samonosná konstrukce a rám lehký velice

Průmyslový partner je český integrátor malých satelitů. Byl zapojen do vývoje našeho rámu, jenž má přesné požadavky na vybavení satelitu.
Vzhledem k rozměrům elektroniky se vybízí standardní velikost platformy 2U – design skládající se ze dvou buněk s celkovými rozměry 100 x 100 x 227 mm.

Okrajové podmínky, rozumějme skutečné zatížení satelitu během startu, definuje poskytovatel letu. Kromě startu se neuvažují žádná další mechanická zatížení,
protože na oběžné dráze kolem země je gravitace významně menší.

Naopak přibývají parametry jako významné střídání teploty nebo radiační zátěž,
která je na Zemi odstíněna magnetickým polem, atmosférou a ozonovou vrstvou.

Nejvýznamnější zatížení našeho satelitu:

– zrychlení 18 G ve všech šesti směrech
– zátěž představující payload (zařízení satelitu o celkové hmotnosti 2 Kg, označeno zeleně)

Standardní řešení vychází z unifikovaného systému upínání elektroniky k rámu satelitu.
To přináší ne příliš efektivní využití místa, komplikace s upnutím elektroniky a spolu s tím vyšší hmotnost.

Podle předpokládaného zatížení a tvaru použitého vybavení jsme na rámu provedli topologickou optimalizaci. Vytvořili jsme model, který dodržel požadavky na použité vybavení a jeho efektivní upnutí.

Současně se nám podařilo snížit hmotnost primární a sekundární struktury.

Primární struktura představuje základní tělo rámu satelitu. Sekundární struktura slouží k uchycování jednotlivých komponent a běžně je tvořena dodatečnými obrobenými rámečky atd. Díky aditivnímu designu jsme mohli obě struktury sloučit do jednoho dílu s výraznou úsporou hmotnosti.

Díky topologické optimalizaci je konstrukce každého rámu unikátní přesně pro dané vybavení.

Každý gram se počítá

Rám s oběma strukturami komerčního 2U CubeSatu váží 198 gramů.
My jsme u našeho rámu snížili celkovou hmotnost včetně primární a sekundární
struktury na 146 gramů. Úspora hmotnosti je v tomto případě 26 %.

Vývoj a optimalizace našeho vlastního rámu pro CubeSat nebyl jen technologickým úspěchem, ale také důkazem naší schopnosti se přizpůsobit a inovovat v rámci vesmírných výzev. S důrazem na funkčnost a pevnost jsme provedli důkladné testy
a úpravy, abychom dosáhli optimální topologie, která byla klíčová pro snížení hmotnosti rámu a jeho plnému přizpůsobení použitému vybavení.

Jsme připraveni rozšířit naše služby a zákazníkům nabídnout výrobu rámů CubeSatů na míru, případně i dalších komponent pro vesmírné aplikace.