Mekanisk og arkitektonisk designstudie av en hyperspektral nyttelast for en 6U CubeSat platform

Abstract

Arbeidet som presenteres i denne oppgaven viser utviklingen av et hyperspektral kamera og tilhørende nyttelaster ombord på en CubeSat eid av HYPSO-prosjektet. Avhandlingen fungerer som et cover for en pakke med tekniske rapporter skrevet i prosjektperioden. Disse rapportene gir en detaljert beskrivelse av design, testing og analyse som ble gjort for å utvikle nyttelastene. Designet av HSI var en fortsettelse av designarbeidet fra prof. Fred Sigernes og designarbeidet utført av mekanikkteamet for deres spesialiseringsrapport. En termisk og mekanisk analyse ble utført av HSIen, og resultatene var innenfor operasjonskravene. En prototype av HSI ble maskinert i aluminium og deretter kjørt en funksjonalitetstest på. Resultatene var positive, og prototypen ga et skarpt spektrogram med god definerte spektral-linjer. Gjennom testing har det vist seg at COTS-komponentene i HSIen har uønskede egenskaper og materialer, spesielt når det gjelder utgassing. Forebyggende strategier er forelagt for disse problematiske faktorene. Oppsettet innenfor satellittbusen ble bestemt gjennom en kombinasjon av en arkitektonisk analyse og de etablerte nyttelastkravene. Plasseringen for hver komponent ble bestemt sammen med deres orientering og mekaniske grensesnitt. Mekanikkteamet utviklet også en preliminær dempeløsning og layout i samarbeid med det franske selskapet SMAC. Denne løsningen er fortsatt et forslag, men det fungerer som et fundament for fremtidig arbeid. Det ble også utviklet en tilpasset grensesnittløsning for SDR da det var begrenset plass i busen, og standard stacking rings levert av NanoAvionics kunne ikke brukes i den ønskede plasseringen. Denne masteroppgaven vil også avdekke flere forbedringspunkter og identifisere interesseområder for fremtidig arbeid.

The work presented in this thesis shows the development of a hyperspectral imager and the associated payloads on-board a CubeSat owned by the HYPSO project. The thesis serves as a cover for a package of technical reports written during the research period. These reports provide a highly detailed description of the design, testing, and analyses done to develop the payloads. The design of the HSI was a continuation of the prototype design from Prof. Fred Sigernes and the design work done by the mechanics team for their specialization report. Both a thermal and mechanical analysis was performed on the HSI, and the results were within the operational requirements. A prototype of the HSI was machined in aluminium and put through a functionality test. The results were positive, and the prototype produced a sharp spectrogram with distinct spectral lines. Through testing it has been shown that the COTS components in the HSI features undesirable properties and materials, especially in terms of outgassing. Mitgation strategies were proposed for these problematic factors. The layout inside the satellite bus was determined through a combination of a architectural analysis and the established payload requirements. The locations for each component was set along with their orientation and mechanical interfaces. The mechanics team also developed a preliminary damping solution and layout in cooperation with the french company SMAC. This solution is still a work in progress, but a foundation has been laid. There was also developed a custom interface solution for the SDR as there was a limited amount of space inside the bus, and the standard stacking rings supplied by NanoAvionics could not be used at the desired location. The presented material will also uncover several points of improvement and identify the areas of interest for future work.