Dynamic structural analysis in a 2U CubeSat considering quasi-static loads

Análisis estructural dinámico en un CubeSat 2U considerando cargas cuasiestáticas

En este trabajo, se llevaron a cabo simulaciones computacionales utilizando el método de elementos finitos para analizar las vibraciones en estructuras CubeSat. Los CubeSats son nanosatélites cúbicos de bajo costo, y su diseño se ha vuelto popular tanto en la industria espacial como en las universidades. En este estudio, se compararon cinco estructuras CubeSat mediante análisis modales para evaluar diferentes condiciones. Las simulaciones incluyeron la presencia de una placa electrónica (sin elementos electrónicos), cargas estáticas, dos aleaciones de aluminio diferentes y la influencia de una masa adicional en la placa de circuito impreso (PCB). Se utilizó un software de diseño asistido por computadora (CAD) para crear las estructuras siguiendo las especificaciones de CubeSat, y luego se realizaron las simulaciones en un software de elementos finitos en un rango de frecuencia de 0 a 1000 Hz. Se diseñó una estructura inicial para realizar las primeras simulaciones y luego se desarrollaron cuatro estructuras adicionales que cumplían con los requisitos de CubeSat. Los resultados mostraron las influencias de cada condición en el comportamiento vibratorio de las estructuras. Se observaron variaciones en la forma de vibración debido a la carga, y se encontraron diferencias menores al 2% en otros resultados. Además, se validó el material disponible para la construcción del CubeSat en comparación con una aleación de aluminio recomendada. Estos análisis computacionales proporcionaron información importante para el diseño y la optimización de estructuras CubeSat, lo que es fundamental para asegurar su funcionalidad y estabilidad en el espacio.

INTRODUCCIÓN

El uso del estándar CubeSat para la construcción de satélites de baja escala ha contribuido fuertemente a la investigación y práctica de estudiantes y entusiastas del área. Los CubeSats son SmallSats, satélites con masa inferior a 180 kg. Hoy en día, cientos de universidades han estudiado el edificio CubeSats, como menciono . El estándar CubeSat también tiene una importancia considerable en el aprendizaje, ya que es una forma económica de construir satélites y, por lo tanto, incluso una misión fallida genera beneficios para los estudiantes en forma de experiencia. No sólo la miniaturización sino también la estandarización facilitan el diseño del satélite. La miniaturización y la estandarización facilitan el diseño del satélite. Además, muchas empresas ya trabajan en la fabricación de kits comerciales para este modelo. Según 2 , la utilización de un gran número de satélites pequeños permite el éxito de una misión gracias al bajo coste. Cuando se envían muchos satélites a una misión y se produce una falla en un satélite, otro puede reemplazarlo en la misión.

Estándar CubeSat

El estándar CubeSat fue desarrollado por el profesor Jordi Puig-Suari, de la Universidad Politécnica Estatal de California (Cal Poly), y el profesor Bob Twiggs, del Laboratorio de Desarrollo de Sistemas Espaciales (SSDL) de la Universidad de Stanford, con el objetivo de posibilitar el estudio de nanosatélites reduciendo su coste y luego garantizar un mayor acceso a los estudios espaciales. (1) define todos los parámetros necesarios de CubeSat para que los desarrolladores puedan proporcionar su CubeSat estándar para ser lanzado dentro del P-POD (Poly Picosatellite Orbital Deployer).