Thermal Design Analysis and Integration of a Hyperspectral Imaging Payload for a 6U CubeSat
Master thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/2623206Utgivelsesdato
2019Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Denne oppgaven presenterer utviklingen av et hyperspektral kamera bestående av kommersielle off-the-shelf komponenter og tilhørende nyttelast ombord på en 6U CubeSat eid av HYPSOprosjektet. Oppgaven fungerer som et cover for en samling av tekniske rapporter skrevet underforskningsperioden. Rapportene gir en detaljert beskrivelse av design, tester og analyser utførtfor å utvikle og integrere det hyperspektrale kameraet i tillegg til supplementerende nyttelaster.
Det optiske designet av det hyperspektrale kameraet ble utviklet av Fred Sigernes, professor ioptikk og atmosfærisk forskning ved Universitetssenteret på Svalbard. 6U CubeSat-plattformen som vil inneholde HYPSO-nyttelastene, vil bli levert av NanoAvionics.
Under utviklingen av det hyperspectrale kameraet ble en funksjonell prototype produsert, av enaluminiumslegering kjent som AA6082-T6. Prototypen ble satt sammen vellykket, og var istand til å ta hyperspektrale bilder. Prototypen ble videre testet i forskjellige termiske forhold, som romtemperatur samt varme og kalde ekstremiteter. Fokuset forble stabilt vedromtemperatur og de kalde temperaturene testet for. Ved temperaturer over 40 grader begyntede hyperspektrale bildene å bli ufokuserte.
Mekaniske og termiske analyser ble utført på prototypen, og indikerte at totalstivheten til det hyperspektrale kameraet var over kravene, mens de operasjonelle temperaturene som vartilstede under bane rundt jorden trengte termiske styringssystemer for stabilisere nyttelasten.
De optiske kommersielle off-the-shelf komponentene som ble brukt til det hyperspektralekameraet ble vakuumtestet. Resultatene viste tegn til kontaminasjon av linsene som måtteundersøkes nærmere. Store mengder fett ble funnet i de optiske komponentene, som en del avfokus- og blenderkalibreringsmekanismen. En integrasjonsanalyse måtte gjennomføres påkomponentene for å forsikre at optisk integritet kan holdes når kameraet er i verdensrommet.
De tekniske rapportene presenterer foreslåtte designendringer og tester som må gjennomføres for a gjøre de utviklede nyttelastene klare til romoperasjoner på HYPSO prosjektets CubeSat. This thesis presents the development of a hyperspectral imager comprising of commercialoff-the-shelf components and the associated payloads onboard a 6U CubeSat owned by theHYPSO project. It serves as a cover for a compilation of technical reports written during theresearch period. The reports provide a detailed description of the design, tests, and analysesconducted to develop and integrate the hyperspectral imager in additional to the supplementarypayloads.
The optical design of the hyperspectral imager was developed by Fred Sigernes, Professor inOptics and Atmospheric Research at The University Centre in Svalbard. The 6U CubeSatplatform used to host the HYPSO payloads was provided by NanoAvionics
During the development of the launch- and space-compatible hyperspectral imager a functionalprototype was produced, using an aluminium alloy known as AA6082-T6. The prototype wassuccessfully assembled, being capable of taking hyperspectral images. Furthermore, theprototype was tested in various thermal conditions including room temperature as well as hotand cold extremities. The focus remained stable at room temperature and the tested coldtemperatures, however, started becoming unfocused at 40 degrees Celsius.
Mechanical and thermal analyses were performed on the prototype, indicating that the totalstiffness of the hyperspectral imager payload was above the requirements, while the operationaltemperatures present during orbit would necessitate thermal control systems for the payload.
The optical commercial off-the-shelf components used for the hyperspectral imager werevacuum tested. The results showed signs of contamination of the lenses that had to be furtherinvestigated. Large amounts of grease were found inside the optical components, as part of thefocus and aperture calibration mechanism. Following this, and integration analysis had to beconducted on the components to make sure optical integrity could be kept in the spaceenvironment.
The technical reports presents proposed design changes and tests needed in order to make thedeveloped payloads ready for space operations onboard the HYPSO CubeSat.