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Entwicklung und Qualifikation modularer Satellitensysteme zur adaptiven Vibrationskompensation an mechanischen Kryokühlern

Melz, Tobias :
Entwicklung und Qualifikation modularer Satellitensysteme zur adaptiven Vibrationskompensation an mechanischen Kryokühlern.
[Online-Edition: urn:nbn:de:tuda-tuprints-2086]
Technische Universität , Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2002)

Official URL: urn:nbn:de:tuda-tuprints-2086

Abstract

Ziel der Arbeit ist die Realisierung eines modularen Struktursystems zur aktiv geregelten Minderung charakteristischer Störvibrationen an den Infrarotkameras eines Satelliten. Die Störungen werden durch den dynamischen Betrieb mechanischer Kühlsysteme generiert, die zu einer Anregung der verkoppelten Detektoren und damit einer kritischen Minderung der Aufnahmequalität führen. Die in dieser Arbeit vorgestellte strukturmechanische Lösung basiert auf der aktiven Kompensation der störenden Schwingungen durch Überlagerung gegenphasiger Schwingungen und Generation destruktiver Interferenz. Es werden drei robuste, skalierbare Systeme auf der Basis piezokeramischer Aktuatorik erarbeitet, die dem gestörten Kamerasystem mit nur minimalen konstruktiven Modifikationen und ohne den Bedarf nach startverriegelnden Hilfssystemen ergänzt werden. Die Systemauslegung erfolgt kompatibel zu allgemeinen Raumfahrtanforderungen und berücksichtigt die besonders anspruchsvollen Anforderungen der zugrundeliegenden Kleinsatellitenmission mit stark begrenzten Ressourcen in Bezug auf Masse, Volumen, Energie und Kosten. Die nachgewiesene Vibrationsminderung um 53dB entspricht einer Unterschreitung internationaler Akzeptanzkriterien für residuale Störkräfte an mechanischen Kühlsystemen um mehr als eine Größenordnung, dies bei verbleibenden systemfunktionalen Leistungsreserven. Es erfolgt eine verallgemeinerte experimentelle Systemqualifikation unter Simulation der Start- und orbitalen Betriebsbelastungen nach verschärften Zulassungskriterien der ESA.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2002
Creators: Melz, Tobias
Title: Entwicklung und Qualifikation modularer Satellitensysteme zur adaptiven Vibrationskompensation an mechanischen Kryokühlern
Language: German
Abstract:

Ziel der Arbeit ist die Realisierung eines modularen Struktursystems zur aktiv geregelten Minderung charakteristischer Störvibrationen an den Infrarotkameras eines Satelliten. Die Störungen werden durch den dynamischen Betrieb mechanischer Kühlsysteme generiert, die zu einer Anregung der verkoppelten Detektoren und damit einer kritischen Minderung der Aufnahmequalität führen. Die in dieser Arbeit vorgestellte strukturmechanische Lösung basiert auf der aktiven Kompensation der störenden Schwingungen durch Überlagerung gegenphasiger Schwingungen und Generation destruktiver Interferenz. Es werden drei robuste, skalierbare Systeme auf der Basis piezokeramischer Aktuatorik erarbeitet, die dem gestörten Kamerasystem mit nur minimalen konstruktiven Modifikationen und ohne den Bedarf nach startverriegelnden Hilfssystemen ergänzt werden. Die Systemauslegung erfolgt kompatibel zu allgemeinen Raumfahrtanforderungen und berücksichtigt die besonders anspruchsvollen Anforderungen der zugrundeliegenden Kleinsatellitenmission mit stark begrenzten Ressourcen in Bezug auf Masse, Volumen, Energie und Kosten. Die nachgewiesene Vibrationsminderung um 53dB entspricht einer Unterschreitung internationaler Akzeptanzkriterien für residuale Störkräfte an mechanischen Kühlsystemen um mehr als eine Größenordnung, dies bei verbleibenden systemfunktionalen Leistungsreserven. Es erfolgt eine verallgemeinerte experimentelle Systemqualifikation unter Simulation der Start- und orbitalen Betriebsbelastungen nach verschärften Zulassungskriterien der ESA.

Place of Publication: Darmstadt
Publisher: Technische Universität
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Research group System Reliability, Adaptive Structures, and Machine Acoustics (SAM)
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Official URL: urn:nbn:de:tuda-tuprints-2086
Referees: Hanselka, Prof. Dr.- Holger and Nordmann, Prof. Dr.- Rainer
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 16 January 2002
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
The focus of this thesis is on the realization of a modular add-on structural system to actively reduce disturbing vibrations at the camera head within a small satellite system. The disturbance is generated by the dynamic operation of mechanical cryocooler systems which excite the coupled infrared detectors, thus leading to a critical reduction of the sensor system performance. The structural mechanical solution developed within this thesis is based on active disturbance compensation by superimposing actively generated vibrations with out of phase character, exploiting the principle of destructive interference. Three different robust, scalable systems are being developed on the basis of multifunctional piezoceramic actuator systems. These compensation systems can be added to the existing sensor system with only minimum requirements for constructional modifications of the original system and have no need for launch locking devices. The system design is compatible with general space requirements as well as with special requirements for a sophisticated small satellite mission with respect to especially mass, volume and power limitations as well as cost. An adaptive vibration reduction of 53dB is demonstrated, exceeding international acceptance criteria for residual vibrations of modern cryocooler systems by one order of magnitude and leaving system-functional power reserves of the active system. A generalized experimental simulation of launching and orbital operational conditions leads to a successful system qualification with respect to increased ESA test specifications.English
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