Prezentare rezultate

Programul de Cercetare, Dezvoltare si Inovare - Tehnologie Spatiala si Cercetare Avansata – STAR

ADCOSSPA

Prezentare Generala | Prezentare Detaliata | Prezentare Rezultate

Prezentare Rezultate

Etapa I (19.11.2012-14.12.2012)

Obiective etapa

Obiectivul primei etape a proiectului “Stabilirea cerintelor generale si a designului - I” este asa cum reiese si din denumirea acesteia, urmatoarea: stabilirea cerintelor generale pentru cutia care gazduieste electronica intr-un microstelit. Etapa I contine:

Rezultate planificate Etapa I

Activitate 1.1 “Stabilirea cerintelor Partea I „
Activitatea „Management si diseminare”

Activitatea 1.1., vizeaza stabilirea unui set preliminar de cerintelor generale pentru cutia care gazduieste electronica intr-un microstelit, pe baza datelor din literatura si a expertizei proprii incluzand si o scurta introducere privind situatia pe plan national si international privind realizarea cutiei care gazduieste electronica intr-un microstelit, din materiale compozite.
Activitatea „Management si diseminare” si-a propus realizarea intalnirii de lansare a proiectului „Kick-of-Meeting” si predarea unei prime iteratii privind structura paginii web a proiectului ADCOSSPA.

Rezultate planificate Etapa I

Stabilirea unor cerinte generale preliminare la care cutia care gazduieste electronica intr-un microsatelit, realizata din materiale compozite in cadrul proiectului ADCOSSPA, trebuie sa raspunda
Organizarea si desfasurarea reuniunii de lansare a proiectului ADCOSSPA: Kick-of-Meeting (Nr.1./ 28 Noiembrie2012) si stabilirea structurii paginii web a proiectului ADCOSSPA.

Rezultate Etapa I

Obiectivele Etapei I „Stabilirea cerintelor generale si a designului- I” au fost atinse. In cadrul activitatii 1.1. „Stabilirea cerintelor generale si a designului- I” , un prim set de cerinte preliminare pentru cutia care gazduieste electronica in microsatelit, dezvoltata in cadrul proiectului ADCOSSPA, a fost stabilit. Aceste date vor sta la baza desfasurarii etapei a doua „Stabilirea cerintelor generale si a designului – II ” (care include atat stabilirea cerintelor finale pentru structura mecanica a cutiei care gazduieste elctronica intr-un microsatelit dar si studiul de documentare privind designul structurii cutiei pentru electronica din satelit: model CAD). In cadrul activitatii „Management si diseminare” al etapei I, au fost realizate: intalnirea de lansare a proiectului ADCOSSPA „Kick-of-Meeting” (incluzand agenda de lucru, desfasurarea intalnirii la sediul coordonatorului proiectului ADCOSSPA, intocmirea si semnarea minutei intalnirii de cater ambi parteneri). Tot in cadrul acestei activitati a fost realizata o prima iteratie privind structura paginii web a proiectului.

Eapa II : „Stabilirea cerintelor generale si a designului - II” (14. 12. 2012- 20. 04. 2013)
Obiectivele Etapei a doua a proiectului „Stabilirea cerintelor generale si a designului - II” sunt urmatoarele: stabilirea cerintelor generale finale pentru cutia care gazduieste electronica intr-un microstelit si furnizarea unei prime iteratii privind variantele de design ale cutiei. Etapa II contine urmatoarele activitati:

Activitate II.1. “Stabilirea cerintelor Partea II„
Activitate II.2. Studiu de documentare privind designul structurii cutiei pentru electronica din satelit: model CAD
Activitatea „Management si diseminare”

Rezumatul Etapei II: Pentru a putea stabili design-ul structurii materialelor pentru cutia care gazduieste electronica intr-un microsatelit insa, este necesara cunoasterea: conditiilor de functionare si stabilirea unor cerinte clare, la care structura mecanica a cutiei din materiale compozite trebuie sa raspunda; designul structurii cutiei pentru electronica din satelit: model CAD. Activitatea II.1., a vizat stabilirea unui set final a cerintelor generale pentru cutia care gazduieste electronica intr-un microstelit, pe baza standardelor existente privind acest tip de structuri spatiale, a datelor din literatura de specialitate si a expertizei proprii. Aceasta activitate include si o scurta introducere privind situatia pe plan national si international privind realizarea cutiei care gazduieste electronica intr-un microstelit, din materiale compozite. Activitate II.2., si-a propus realizarea unui studiu de documentare privind designul structurii mecanice a cutiei care gazduieste electronica intr-un microstelit, rezultatul fiind stabilirea a cel putin trei variante de modele CAD pentru cutie. In cadrul acestei etapei s-a realizat o prima iteratie de calcul de rezistenta preliminar, in regim static pe varianta 1 de CAD. Calculele de rezistenta vor fi continuate urmand ca pe baza rezultatelor obtinute, sa se trabileasca (in cadrul Etapei a treia „ Designul structurii si analize”) configuratia, designul optim (CAD-ul) pentru cutia care gazduieste electronica intr-un microstelit. In cadrul activitatii „Management si diseminare” s-au organizat 3 reuniuni de lucru periodice (meeting tehnic numarul 2, 3 si respectiv 4), atat la sediul coordonatorului cat si al P1, discutandu-se aspecte stiintifice si tehnice din cadrul activitatilor Etapei aIIa. De asemea in cadrul acestei activitati a fost actualizata pagina web a proiectului ADCOSSPA (atat in limba romana cat si in engleza), cu rezultatele Etapei I, in vederea informarii, diseminarii rezultatelor proiectului.

Rezultate planificate etapa

Stabilirea cerintelor generale finale la care cutia care gazduieste electronica intr-un microsatelit, realizata din materiale compozite in cadrul proiectului ADCOSSPA, trebuie sa raspunda. (Deliverable no. D1.1.1. „Final Report: Requirements definition”).
Furnizarea unui studiu de documentare privind designul structurii mecanice a cutiei care gazduieste electronica intr-un microstelit, rezultatul fiind stabilirea a cel putin trei variante de modele CAD pentru cutia care gazduieste electronica intr-un microsatelit. (Deliverable no. D1.2.„Study:CAD models”).
Organizarea si desfasurarea de reuniuni de lucru periodice atat la sediul coordonatorului cat si al P1, in vederea discutarii aspectelor stiintifice si tehnice din cadrul activitatilor Etapei aIIa a proiectului ADCOSSPA. Crearea paginii web a proiectului ADCOSSPA.

Activitatea II.1. „Stabilirea cerintelor -Partea II”
Orbita de joasa altitudine LEO (LEO- Low Earth Orbit), este cea de interes pentru studiul de fata, regim in care majoritatea satelitilor functioneaza este definita pentru altitudini intre 150 si 2 000 km, deasupra suprafatei pamantului. Mediul din spatiu (orbita LEO) este caracterizat de: presiune foarte scazuta (vid avansat), temperaturi extreme (in functie de orientarea materialului fata de soare, cicluri termice), radiatii electromagnetice, expunere la diverse specii atomice si paticule incarcate (in diverse concentratii in functie de altitudine si activitatea solara), impactul cu micrometeoriti si fragmente din spatiu (space debris).
Mediul spatial in LEO (care poate fi simulat si experimental) :

Vid ultra-avansat (~10-6 Torr)
Radiatii UV (< 200 nm)
Cicluri termice (-70 ºC pana la + 100 ºC)
Expunere la atomi de oxigen (AO-flux = 4.5x10-16 atomi/cm2s)

Model simplificat al placii capac (un perete) al cutiei care gazduieste electronica intr-un microsatelit, supus la numeroase constrangeri in mediul LEO.

Proprietate	Cerinta
Greutate	Minima *
Dimensiuni	Fixe**
Accesibilitate	Comparabila cu cea a referintei din aluminiu din [3,4]
Prima frecventa proprie de vibratie	>150Hz
Nivelul de calificare privind vibratiile aleatorii	Max 15g RMS
Rezistenta mecanica	+ MoS Cel putin egala cu cea a referintei din aluminiu
Performante termice	egale cu cele ale referintei din aluminiu
Scut protectie radiatii	egala cu cea a referintei din aluminiu (conditii LEO- Low Earth Orbit, altitudine < 2 000 km)
Aterizare	<5 mOhm
EMC (conductivitate electro-magnetica)	egala cu cea a referintei din aluminiu
Cost	minim

Setul de cerinte finale pentru cutia care gazduieste elctronica in microsatelit, dezvoltata in cadrul proiectului ADCOSSPA.
* proiectul ADCOSSPA vizeaza o reducere a greutatii cu minim 30% comparativ cu referinta din aluminiu
** dimensiunile cutiei din compozit vor trebui sa concorde din punct de vedere al tolerantelor cu cele ale referintei din aluminiu: 460 mm x 154 mm 250 mm.

Urmatorul pas important ulterior stabilirii cerintelor finale pentru structura care gazduieste electronica intr-un microsatelit este definirea designului si geometriei. Generarea unei metodologii de proiectare optime pentru structura din compozit (tip carcasa spatiala) si aplicarea acesteia pentru a optimiza masa sunt aspecte importante. Metodologia de proiectare propusa trebuie sa includa si constrangerile cu privire la atenuarea radiatiilor, frecventa naturala de vibratie, integritatea structurala, rezistivitatea electrica si in acelasi timp sa limiteze distorsiunile de forma generate de incarcarile termice (cicluri termice).

Activitate II.2 Studiu de documentare privind designul structurii cutiei pentru electronica din satelit: model CAD

In cadrul proiectului ADCOSSPA, au fost dezvoltate trei variante de modele CAD (figura 2) pentru cutia care gazduieste electronica intr-un microsatelit, avand ca model cutia ADPMS ” Data and Power Management” din microsatelitul Proba 2. Pentru cele trei variante de CAD au fost utilizate nituri pentru asamblare , de tipul TRIPO – cap bombat, asa cum este reprezentat in Figura 1-a si care pot fi din aluminiu, otel cupru. Pentru varianat 1 si respectiv 2 au fost utilizate nituri de 4.2 mm diametru iar pentru cea de-a treia varianta nituri de 3.2 mm diametru.

S-a realizat o prima iteratie de calcul, in regim static, la o incarcare de 6g pe Oy si 11g pe Oz, pe structura cutiei (din aluminiu) fara asamblare cu nituri

Se poate observa ca efortul maxim este de 4.76 MPa la o incarcare de 6g pe Oy si 11g pe Oz. Coeficientul de siguranta este de 57.9, superior valorii 1.2 a coeficientului de siguranta acceptat pentru structuri spatiale. Calculele de rezistenta vor continua, cu :
- o iteratie de calcul, in regim static, la o incarcare de 6g pe Ox si 11g pe Oz, pe structura.
- o iteratie de calcul, in regim static, la o incarcare de 6g pe Ox respectiv Oy, si 11g pe Oz, pe structura luand in condiderare atat nervurile, prinderile cu nituri, prezoane, dar si masele (palcile de electronica, conectorii).
- iteratii in regim dinamic. Calcule se vor realiza in doua etape separand etapa de lansare de cea de functionare pe orbita. Calculele termice si de radiatii vor fi integrate dupa stabilirea a doua cnfiguratii finel de lucru (CAD-uri).
Concluzii:
Obiectivele Etapei II „Stabilirea cerintelor generale si a designului- II” au fost atinse. In cadrul activitatii II.1. “Stabilirea cerintelor Partea II„, a fost stabilit un set de cerinte finale pentru cutia care gazduieste electronica in microsatelit, dezvoltata in cadrul proiectului ADCOSSPA din materiale compozite (Deliverable no. D1.1.1. „Final Report: Requirements definition”). In cadrul Activitatii II.2. „Studiu de documentare privind designul structurii cutiei pentru electronica din satelit: model CAD” s-a realizat un studiu de documentare privind designul structurii mecanice a cutiei care gazduieste electronica intr-un microstelit, rezultatul fiind stabilirea a trei variante de modele CAD pentru cutia care gazduieste electronica intr-un microsatelit. (Deliverable no. D1.2.„Study: CAD models”). Aceste rezultate obtinute in Etapa II vor sta la baza desfasurarii etapei a treia „ Designul structurii si analize” in care: se va alege designul/designuirle optime (CAD-ul) pentru structura mecanica a cutiei; se vor realiza simulari numerice FEM al elementelor de structura/modele; se vor selecta configuratiile de testare, materialelor compozite si designul structurii; se va proiecta matrita pentru structura cutiei pentru electronica din satelit. Stabilirea unui design si a unor cerinte finale clare, la care structura mecanica a cutiei din materiale compozite, trebuie sa raspunda, constituie baza intregului proiect. Intelegerea fenomenelor si a parametrilor exacti la care structura este supusa vor asigura buna desfasurare a proiectului si obtinerea rezultatelor la nivelul dorit. In cadrul activitatii „Management si diseminare” s-au organizat si s-au desfasurat trei reuniuni de lucru periodice atat la sediul coordonatorului cat si al partenerului P1, in vederea discutarii aspectelor stiintifice si tehnice din cadrul activitatilor Etapei aIIa a proiectului ADCOSSPA. S-a creat pagina web a proiectului ADCOSSPA, aceasta urmad a fi actualizata periodic pe toata durata prezentului proiect.

Etapa III : „Studiu de documentare aprofundat privind cerintele de functionare in spatiu (preliminar)” (21. 04. 2013- 20. 12. 2013)

Obiectivul etapei : Stabilirea conditiilor de exploatare pentru structurile spatiale si a cerintelor finale la care cutia care gazduieste electronica intr-un microsatelit, dezvoltata din materiale compozite utilizand tehnologia autoclavei in cadrul proiectului ADCOSSPA, trebuie sa raspunda.

Rezultate obtinute : Structurile care fac parte din satelit trebuie sa fie rigide, astfel incat sa asigure o stabilitate dimensionala. Materialele cu o conductivitate ridicata reduc aceasta posibilitate de distorsiune prin izotermalizarea structurii de cele doua umbre (proprii ale vehicului) si de ciclurile termice in si in afara umbrelor pamantului. Un coeficient de dilatare foarte mic poate deasemenea reduce distorsiunea structurii. Rezistenta mecanica nu este un parametru important odata ce satelitul a ajuns pe orbita, deoarece sarcinile sunt mici. Cele mai importante incarcari sunt cele de natura termica generate de ciclurile termice pe orbita. Rigiditatea este insa un factor critic. O rotire sau o manevra induce vibratii satelitului. Marimea deplasarii si frecventa proprie de vibratie sunt proportionale cu modulul de elasticitate al materialului. Integrarea materialelor compozite avansate in structurile navetelor spatiale nu este insa o sarcina usoara, acestea fiind supuse la conditii critice de functionare in spatiu. LEO (LEO- Low Earth Orbit) este definita pentru altitudini intre 150 si 2 000 km, deasupra suprafatei pamantului. Mediul din spatiu (orbita LEO) este caracterizat de: presiune foarte scazuta (vid avansat: ~10-6 Torr), temperaturi extreme (in functie de orientarea materialului fata de soare, cicluri termice: [-70 ºC pana la + 100 ºC]), radiatii electromagnetice, UV(< 200 nm) si gama, expunere la diverse specii atomice si paticule incarcate (in diverse concentratii in functie de altitudine si activitatea solara, ex. atomi de oxigen : AO-flux = 4.5x10-16 atomi/cm2s), impactul cu micrometeoriti si fragmente din spatiu ("space debris"). Cerinte finale pentru cutia care gazduieste electronica in microsatelit, dezvoltata in cadrul proiectului ADCOSSPA:

Proprietate	Cerinta
Greutate	- 30% din cea a referintei din Al
Dimensiuni	Fixe*
Accesibilitate	Comparabila cu cea a referintei din aluminiu: frontal/lateral
Prima frecventa proprie de vibratie	>150Hz
Nivelul de calificare privind vibratiile aleatorii	Max 15g RMS
Rezistenta mecanica	+ MoS Cel putin egala cu cea a referintei din aluminiu
Performante termice	egale cu cele ale referintei din aluminiu
Scut protectie radiatii	egala cu cea a referintei din aluminiu (conditii LEO- Low Earth Orbit, altitudine < 2 000 km)
Aterizare	<5 mOhm
EMC (conductivitate electro-magnetica)	egala cu cea a referintei din aluminiu
Cost	minim

* dimensiunile structurii din compozit [ sistemul de tip ADPMS care integreaza doua unitati intr-una singura, DHS (Data Handling System) + PCS (Power Conditioning System) = ADPMS ] trebuie sa raspunda din punct de vedere dimensional (dimensiunile impuse fiind cele ale referintei din aluminiu: 460 mm x 154 mm 250 mm).

Concluzii : Obiectivele Etapei III au fost atinse, stabilindu-se conditiile de exploatare pentru structuri spatiale si aducandu-se contributii la stabilirea cerintelor finale la care cutia care gazduieste electronica intr-un microsatelit, realizata din materiale compozite in cadrul proiectului ADCOSSPA, trebuie sa raspunda.

Etapa IV - STAR ctr.9/2012

Titlu etapa IV : « Designul structurii si analize. Materiale compozite C&D »

Perioada de desfasurare : 21/ 12/ 2013- 20/ 11/ 2014

Activitati Etapa IV:

• IV.1 Proiectare, design-CAD al elementelor de structura/modele

• IV.2. Simulari numerice FEM al elementelor de structura/modele

• IV.3. Selectia configuratiilor de testare, materialelor compozite si designul structurii

• IV.4. Proiectarea matritei pentru structura cutiei pentru electronica din satelit

• IV.5. Dezvoltarea si personalizarea structurii materialelor

• IV.6. Campanie de teste in laborator a materialelor propuse -caracterizare structurala si mecanica

• IV.7. Elaborarea protocolului preliminar de lucru pentru procesul de fabricatie

• Management si diseminare

Rezultate obtinute:

1.1. Designul, modelele CAD ale cutiei care gazduieste electronica intr-un microsatelit,

Au fost dezvoltate 3 designuri geometrice: CAD I,II si respectiv III, cu dimensiunile: 460 mm x 154 mm 250 mm. Pe baza rezultatelor preliminare FEA s-a realizat un proces de selectie utilizand criteriile: greutate, accesibilitate-integrarea unitatilor de electronica si performante mecanice ridicate in regim dinamic (esentiale pentru etapa de lansare), ulterior realizandu-se activitati de optimizare geometrica a variantei CAD -II selectat. A fost obtinuta varianta geometrica optima CAD-Final Design, care are in componenta strcturii primare: 3 componente (tip laminat) realizate din material compozit tip CF(₁,₂)RP: panoul frontal, componenta tip "L", componenta tip "U", si elementele metalice (AA 6068): 2 nervuri laterale (integrare, rigidizare), o rama frontala (inchidere structura si rigidizare) si respectiv 2 placi cu sine pentru integrarea unitatilor de electronica ale microstelitului. Asamblarea componentelor din compozit cu cele metalice s-a realizat cu nituri din aluminiu cu 3.2 mm diametru

1.2. Rezultatele simularilor numerice FEM al elementelor de structura. Stabilirea variantei optime de model CAD pentru structura spatiala

Au fost realizate analize in regim static si dinamic (vibratii). Coeficientul de siguranta pentru structurile din materiale compozite, a fost calculat folosind teoria Hashin fabric, prin care s-a determinat si mecanismul de cedare al materialelului compozit. Exemplu: CAD1-CFRP (rezultate calcul static)

Distributia factorului de siguranta minim la nivelul pieselor din compozit Cs minim = 8.3 coltul structurii

Mecanismul de cedare a compozitului la nivelul ultimului pliu de compozit (pliu exterior sub foita de Ta)

In cazul analizei modale s-a ales un criteriu simplu prin care se impune ca frecventa naturala de vibratie a structurii spatiale (care integreaza unitatile de electronica ale microsatelitului) sa fie mai mare de 100Hz, in vederea evitarii interferentei cu frecventele de vibratie ale lansatorului. Este de precizat ca in domeniul frecventelor de vibratie laterale este acceptabila o frecventa fundamentala de vibratie mai mare de 50 Hz. Intrucat pozitia exacta de montare a structurii nu este stabilita, pentru siguranta, se impune ca toate frecventele de vibratie peste 100 Hz ( limita ce e impusa pentru vibratia longitudinala, pe directia deplasarii lansatorului). Exemplu: CAD2-CFRP (rezultate calcul dinamic)

Primele trei forme de vibratie la rezonanta ale cutiei de protectie varianta CAD2

Frecventa fundamentala de vibratie a ansamblului structurii este la 107 Hz, in apropiere de 100 Hz. Ulterior, avand la baza rezultatele analizelor cu element finit a celor trei variante geometrice integrand conceptul structural High Z-Low Z-High Z, a fost realizata optimizarea CAD-II, obtinandu-se varianta de CAD optimizat -Final Design, care include rigidizarea structurii (nervuri din CFRP pentru componenta din compozit CF(₁,₂)RP tip "L"si respecti tip "U"). Rezultatele analizei modale au indicat o prima frecventa de vibratie de 115 Hz. Calculele statice neliniare au indicat un coeficient de siguranta minim > 5 pentru toate configuratiile studiate (referinta-aluminiu si compozit), superior valorii de 2, cerinta indicata in standardul ECSS-E-ST-32-10C Rev.1 (2009) pentru structuri polimerice ranforsate.

1.3. Configuratiile de testare si designul structurii.

Materialele studiate pentru dezvoltarea designului structural au fost:

- CFRP : UD- EP142-CR509-160-35; CC206/CE662; EP 127-C20-45 T2.

- aluminiu (6082-T6) pentru nervuri laterale (standa/dreapta, placa support pentru placile de elctronica, nervura frontala si prinderile cutiei in satelit)

- Tungsten sau Tantal : foite de 0.08 mm grosime, tratata chimic si mecanic in vederea obtinerii unei rugozitati mari si asigurarea unei interfete rezistente compozit-metal, care intra in aceasta structura hibrida, in vederea cresterii rezistentei la radiatii γ.

O schema a designului structural adoptat, Low Z-High Z-Low Z, este prezentata mai jos.

Componentele structurii si designul structural in sectiune

Low Z-High Z-Low Z-Final Design

Materiale de baza:

EP127-C20-45 (Gurit) CF(₁,₂)RP avand la baza o matrice polimerica termorigida cyanat ester ranforsata cu fibre de carbon. Materialul prezinta o densitate de 1.5 g/cm³, comparativ cu materialul de referinta AA 6058 (2.8 [g/cm³]). In vederea asigurarii rezistentei mecanice (si rigiditate) necesare in etapa de lansare a microsatelitului (in principal in regim dinamic, vibratii), ranforsarea matricei s-a realizat cu fibre de carbon 3k cu modul si rezistenta mecanica ridicate. Caracterizarea mecanica a materialului s-a realizat printr- campanie de tesete experimentale in laborator, utilizand masina de incercari mecanice Intron 8802 din cadrul INCDT COMOTI. Tabelul urmator prezinta un bilant al principalelor caracteristici determinate.

Property	Valoare (teste Tcam.)	Standar utilizat	Valoare (teste la 120°C)
0° Flexural Strength	910 MPa	ISO 178	840 MPa
0° Flexural Strength	49 GPa	ISO 178	47 GPa
0° Tensile Strength	760 MPa	ISO 527-4	710 MPa
0° Tensile Modulus	59 MPa	ISO 527-4	58 GPa
0° Compressive Strength	800 MPa	EN 2850	710 MPa
0° Compressive Modulus	48 GPa	EN 2850	41 GPa
±45° In-Plane Shear Strength	104 MPa	EN 14129	85 MPa
±45° In-Plane Shear Modulus	G₁₂=4GPa	EN 14129	3.9 GPa
0° Interlaminar Shear Strength	X_ILLS=74 MPa	DMS 2144	64 MPa

Materialele utilizate in designul structural dezvoltat raspund cerintelor standardelor ECSS-Q-ST-70-02C si ASTM E595 (dezvoltat de NASA) privind evaluarea fenomenului de degazare pentru materiale utilizate in aplicatii spatiale. Probele analizate au aratat o pierdere de masa totala (TMP[g cm⁻²]) <1% si o cantitate de substante volatile condensate colectate (CVCM) mai mica decat 0.1%.

In vederea asigurarii conductivitatii termice ridicate disiparii caldurii degajate de unitatile de electronica, au fost utilizat un al doilea tip de fibre de carbon (λ=1000 [W/mK]) ca si faza de ranforsare a matricei termorigide (cyanat ester).

Foita de Ta (0.08 mm grosime) integrata simetric in structura din compozit (formand o structura hibrida), in vederea cresterii rezistentei la radiatii ionizate (γ).

Nervuri aliaj de aluminiu AA 6082-T6 care participa atat la integrarea structurii spatiale in microsatelit dar si de a rigidiza strctura si a participa la asigurarea etanseitatii impotriva radiatiilor (ionizate), si a transferul termic in conditii de vid, necesar in vederea disiparii caldurii degajate de unitatile electronice ale microsatelitului. Structura a fost partial validata in regim de impact: Space debris: viteza de impact: 10 km/s, directia de impact: 45° de la normal la suprafata impactata, densitatea impactorului: 2.8 g/cm³ ; meteoriti: viteza de impact: 20 km/s, impact direction: 45° de la normal la suprafata impactata, densitatea impactorului: 2.0 g/cm³. Rezistenta la cicluri termice s-a efectuat rpin expunere la 10 de cicluri de cate 100 minute [-100;+100°C], intr-o camera climatica, Hrel=0%, insa in absenta unui mediu de vid avansat (conditie critica). Ulterior expunerii strctura nu a prezentat degradari ssu modificari structurale semnificative. Timpul de expunere fiind limitat, stabilitatea si integritatea dimensionala a structurii nu a fost afectata. Conductivittaea termica a structurii in ansamblu nu a fost determinata experimental. CTE (coeficientului de dilatare termica) al structurii de baza tip CFRP este de 0.125x10⁻⁶ /K⁻¹, sigurand stabilitate dimensionala necesara, cu toate acestea, un aspect critic in cadrul proiectului este diferenta intre CTE compozit si CTE insertii metalice (i.e. foita Ta, nervuri AA6082-T6), care poate conduce la concentrarea de tensiuni la interfata in timpul procesului de polimerizare.

Radiatii: Nivelul de radiatii pe orbita joasa (LEO) la 600 - 900 km altitudine: Electroni: 40 [keV] - 5 [MeV], bazat pe modelul AE-8; Protoni: 100 [keV] - 200 [MeV], bazat pe modelul AP-8; Raze X: 0,1 - 10 [keV], coresponzand eruptiilor solare, provenind din fotoni cu energii de 1 - 3 [keV]; Fotoni (Bremsstrahlung) - produs de deceleratia radiatiei in interiorul materialului, contribuie la degradarea materialelor invelisurilor; Ultraviolete: FUV (far ultraviolets): 0,1 [W/m²] sau 0,007% din radiatia electromagnetica solara; NUV (near ultraviolets): 118 [W/m²] sau 8,7% din radiatia electromagnetica solara. Bombardarea cu neutroni - creeaza coliziuni cascada care produc defecte punctuale si dislocari ale structurii materialului. La energii inalte, pot conduce la fragilitatea materialelor metalice sau nemetalice si la dilatarea acestora, limitandu-le resursa. Raze gamma - sunt absorbite de materialele cu numar atomic mare si densitate mare, dar cel mai important criteriu care determina degradare materialului este raportul masa/arie. Razele alfa si beta, sunt mai putin critice pentru materialele polimerice, cele din urma pot fi ecranate prin pelicula (folie). Ecranarea electromagnetica dar si expunerea, abraziunea datorata speciilor atomice si paticulelor incarcate, in special atomi de oxigen, au fost de asemenea studiate in cadrul acestei etape.

1.4. CAD-ul matritei (a elemnetelor componente ale matritei) proiectata pentru structura care integreaza unitatile de electronica intr-un microstelit

Exemplu: Model CAD Matrita tip "L"

Material matrita: Necuron 701. Criteriile de selectie: coeficient de dilatare termic CTE apropiat de cel al materialului procesat (CFRP), pentru a evita concentrarile de tensiuni care pot aparea in timpul procesarii; rezistenta termica ridicata (polimerizare la temperatura de 160°C); prelucrare mecanica usoara si precizie ; rezistenta la cicluri termice (oboseala) ; densitate mica (mobilitate in timpul fabricatiei).

1.5. Design-ul structurii materialelor pentru cutia care gazduieste electronica intr-un microsatelit

Rezultatele sunt integrate in sectiunea 1.3.

1.6. Realizarea unei campanii de teste in laborator a materialelor propuse pe baza matricei de testare-caracterizare structurala si mecanica

Au fost dezvoltate 30 de configuratii structurale de materiale sub form ade laminate/esantioane cu grosimi de 2 mm utilizand tehnologia autoclavei, si ulterior testate in diferite regimuri. Strcturile dezvoltate au fost analizate anterior si ulterior expunerii la doze (de la 10 la 500 Gy- sursa Ce137, cu 0,4 KGrey/h) de radiatii gamma pentru a determina efectul imbatarnirii asupra: microstructurii si morfologiei materialelor; temperaturii de vitrifiere (Tg) care stabileste temperatura maxima de utilizare a structurii; conductivitatii termice (k); caldurii specifice (c); coeficientului de dilatare termica (CTE); proprietatilor suprafetei materialului (aderenta, rezistenta adeziva); caracteristicilor tribotehnice (coeficient/ rezistenta la frictiune, rezistenta la uzura); performantelor mecanice (regim static). Au fost realizate : teste mecanice (bilant prezentat pe scurt la sectiunea 1.3 mai sus) ; analize termogravimetrice si calorimetrie diferentiala dinamica (TG-DSC) conform SR EN 11357: 2000 ; analize pentru determinarea difuzivitatii termice, conductivitatii termice si a caldurii specifice, a coeficientului de dilatare termica, observandu-se ca o crestere a dozei de radiatie determina scaderea temperaturii la care a u loc transformari de faza in compozit dar, in acelasi timp, largirea intervalului termic de transformare.

1.7. Protocolul preliminar de dezvolatare si fabricatie a cutiei care gazduieste electronica intr-un microstelit, utilizand tehnologia autoclavei Au fost definite: operatiunile de pregatire a matritei: slefuire, curatare, gelcoat, masurare planeitate, rugozitate, etc, componetele care fac obiectul fabricatie (structuri tip CF(₁,₂)RP: "L", "U", placa frontal) : dimensiuni, design structural, elemente structurale sau de asamblare ; pozitionarea nervurilor (numar pliuri, dimensiuni, succesiune, etc) ; structura de baza: materiale (foita Ta, compozit CF(₁,₂)RP, nervuri aluminiu). compozit CF(₁,₂)RP: numarul de pliuri, fractia volumica de rasina termorigida si ranforsare, grosime pliu, orientare fibre, dimensiuni pliuri ; foita Ta: dimensiuni, tratament suprafata mecanic si chimic-aderenta la structura principala din materiale compozite avansate; nervuri din aluminiu: control dimensiunal ulterior prelucrarilor mecanice, pozitionare in strctura, mod de asamblare etc. A fost definit procesul de : lay-up, insacuire (strctura-materiale de baza si material auxiliare) si ciclul de polimerizare (tehnologia autoclavei).

1.8. Managemnet si diseminare

Au fost organizate doua reuniuni tehnice de lucru: nr.6/09.05.2014 si respectiv nr.7/31.07.2014. A fost actualizata pagina web a proiectului ADCOSSPA (accesibila pe site-ul http://www.comoti.ro, in limba romana si engleza) cu cele mai recente rezultate ale proiectului. S-a participat la conferinta anuala organizata de autoritatea contractanta ROSA, "Romanian Space Week" , 12-16 May 2014, Bucharest, Romania. Articole si conferinte:

- articol " Equipment Design and Structural Analysis of CFRP Electronics Housing vs. Aluminum Electronics Housing for an ADPMS" autori: Sorin Draghici, Florin Baciu, Raluca Voicu, Anton Hadar la conferinta ICSAAM 2013, The 5th International Conference on Structural Analysis of Advanced Materials 23 - 26 Septembrie 2013, Island of Kos, Grecia.

- articol "Influence of advanced vacuum and temperature variations on the behavior of subassemblies of a satellite" Sorin Draghici, Florin Baciu, Raluca Voicu, Anton Hadar la conferinta 6th International Conference "Biomaterials, Tissue, Engineering&Medical Devices", 17-20 Septembrie 2014, Constanta, Romania

- articol "Modelarea comportamentului la lansare a unui subansamblu din componenta unui satelit" Sorin Draghici, Florin Baciu, Raluca Voicu, Anton Hadar, Academia Oamenilor de Stiinta din Romania, Proceeding Sesiunea stiintifica de Primavara, 9 mai 2014

- articolul " Structuri din materiale compozite avansate dezvoltate prin tehnologii performante pentru industrii de varf: aeronautica si spatiul la Insitutul Na?ional de Cercetare-Dezvoltare Turbomotoare COMOTI" revista Stiinta si Tehnica nr.41 noiembrie /2014

Concluzii:

Obiectivele Etapei IV au fost atinse. Pe baza rezultatelor obtinute in cadrul etapei III a proiectului, ulterior stabilirii cerintelor specifice finale pentru structura spatiala care integreaza unitatile de electronica intr-un microsatelit, a fost definit designul structural si geometria (Final Design) si s-a generat metodologia de proiectare a structurii spatiale din compozit, incluzand si constrangerile cu privire la atenuarea radiatiilor, frecventa naturala de vibratie, integritatea structurala, rezistivitatea electrica si in acelasi timp sa limiteze distorsiunile de forma generate de incarcarile termice (cicluri termice). A fost efectuata campania de selectie a materialelor compozite si metalice pentru structura spatiala, au fost testare diferite configuratii de material si s-a trecut la achizitia materialelor necesare. Validarea designului structural si respectiv a materialelor selectate pentru structura cutie s-a realizat incadrul etapei IV, pe baza rezultatelor simularilor numerice (analize FEA) si a rezultatelor testelor experimentale de laborator. Pornind ca date de intrare de la designul optim al structurii (CAD-ul elmentelor de structura) a fost proiectata matrita necesara in cadrul procesului de fabricatie a structurii spatiale din compozit. In cadrul etapei aIVa aproiectului s-a stabilit de asemenea si protocolul preliminar de dezvolatare si fabricatie a structurii mecanice din compozit care gazduieste electronica intr-un microstelit.