طراحی و ساخت مخزن ذخیره گاز بوتان برای پیشرانه ماهواره اندازه کوچک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، گروه مهندسی ساخت و تولید، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 دکترای فیزیک، گروه فیزیک، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

3 دانشجوی دکترای فیزیک، پژوهشکده رانشگرهای فضائی، پژوهشگاه فضائی ایران، تبریز، ایران

4 استادیار، پژوهشکده رانشگرهای فضائی، پژوهشگاه فضائی ایران، تبریز، ایران

5 استادیار، پژوهشکده رانشگرهای فضائی، پژوهشگاه فضائی ایران،تبریز، ایران

چکیده

امروزه استفاده از ماهواره­های کوچک برای مقاصد مخابراتی، تحقیقاتی و مخابراتی در حال گسترش است. یکی از مشکلات اساسی این ماهواره­ها طراحی و ساخت سیستم پیشران این ماهواره­ها می­باشد. در ماهواره­ها سیستم پیشران در دو مورد بکار می­رود. یکی در صرف انرژی و ایجاد نیرو برای ماهواره­بر برای ترک کره زمین و دومی برای ایجاد نیرو برای تثبیت، تصحیح و یا انتقال مداری محموله یا ماهواره­ای که در مدار قرار می­گیرد. موضوع این مقاله، طراحی و ساخت مخزن ذخیره گاز بوتان از جنس فولاد ضد زنگ تحت فشار انفجار 10 بار برای سیستم پیشران ماهواره در سایز کوچک می­باشد. به این منظور ابتدا قطر و طول لازم برای مخزن برای تامین حجم  تعیین شده و ضخامت مخزن به روش نظری، مطابق استاندارد ASTM محاسبه شد. بعد از محاسبه ضخامت، جهت اطمینان از عملکرد مطلوب مخزن، شبیه­سازی المان محدود در نرم­فزار ABAQUS انجام شد. برای اینکار در 12 حالت مختلف از نظر اعمال فشار استاتیکی و انفجاری، محیط اتمسفر و خلا، دمای کاری زیر صفر و بالای صفر انجام گرفت. در مرحله بعدی  در بدترین حالت، در چند ضخامت دیگر نیز شبیه­سازی انجام شد تا حداقل ضخامت مخزن حاصل شود. با توجه به تمام تحلیل­های انجام شده، ضخامت مناسب مخزن 5/1 میلیمتر تعیین شد. سپس برای اولین بار در کشور، سامانه مدیریت پیشرانه مناسب در شرایط جاذبه صفر جهت جداسازی فاز مایع از گاز طراحی شد. به این منظور از توری­های فلزی فشرده بعنوان ماده متخلخل و دو صفحه تلاطم­گیر استفاده شد. در نهایت طبق طراحی انجام شده، مخزن مورد نظر ساخته شده و تحت بازرسی­های مختلف در فشار بالاتر از فشار کاری قرار گرفت. نتایج نشان داد در فشار 20 بار و در شرایط خلا، هیچگونه نشتی، تغییر شکل و اشکال در عملکرد مخزن ایجاد نشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Zakirov V., Luming L., Propulsion challenges for small space craft, Tsinghua Science and Technology, Vol. 11, No. 5, pp. 507-514, 2006
  • Levchenko I., Keidar M., Explore space using swarms of tiny satellites, Nature, Vol. 562, pp. 185-187, 2018
  • Pallichadath V., et al., In-orbit micro-propulsion demonstrator for PICO-satellite application, Acta Astronautica, Vol. 165, pp. 414-423, 2019
  • Hwang M., Rho T.S., Lee H. J., Conceptural design and performance analysis of water electrolysis propulsion system with catalytic igniter for CubeSats, Acta Astronautica, Vol. 200, pp. 316-327, 2022
  • Zhang H., Huang M., Hu X., Integrated design of solar thermal propusion system for microsatellite with liquid ammonia as propellant, Advances in Space Research, Vol. 71, N. 1, pp. 456-476, 2023
  • Amri, D. Gibbon, In orbit performance of butane propulsion system, Advances in Space Research, Vol. 49, pp. 648-654, 2012
  • Gibbon D., A review of use of butane as low cost propellant, In Space Propulsion Conference, San Sebastian, Spain, 2010
  • Hartwig J. W., Propellant management devices for low gravity fluid management: past, present and future, Journal of Space Craft and Rockets, Vol. 54, No. 4, pp. 1-17, 2017
  • Jaekle D.E., Propellant management devise conceptual design and analysis: Vanes, In 27th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propellant Conference, Sacramento, California June 24-26, 1991
  • Jaekle D.E., Propellant management devise conceptual design and analysis: Sponge, In 29th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propellant Conference, Montery, California June 28-30, 1993
  • Li Z and et al., Application of 3D-printing and commercial Off-The-Shelf components in the design of a micro-propulsion system, In 31th Annual AIAA/USU Conferences of Small Satellites, Utah, USA, August 5-10, 2017
  • Tom W. H., Griffin P. S., Jackson A., Design and manufacture of a composite overwrapped pressurant tank assembly, In 38th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, Indianapolis, Indiana, July 7-10, 2002
  • Tom W. H., Ballinger I., Propellant tank with surface tension PMD for tight center-of-mass propellant control, In 44th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, Hartford, Connecticut, July 21-23, 2008
  • Miller S. W., Management of a university satellite program with focus on a refrigerant-based propulsion system, Master Thesis, Missouri University, USA, 2010
  • Darfilal D., Gibbon D., Ground and flight tests of AlSat-1B Butane propulsion system, Propulsion and Power Research, Vol. 11, N. 1 pp. 74-84, 2022

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار