TUSAŞ - Türk Havacılık ve Uzay Sanayii A.Ş. USGB - Uzay Sistemleri Grup Başkanlığı

Transkript

1 TUSAŞ, TSKGV nın TUSAŞ Bağlı HASSAS Ortağı ve SSM nin İştirakidir. TUSAŞ - Türk Havacılık ve Uzay Sanayii A.Ş. USGB - Uzay Sistemleri Grup Başkanlığı

2 Uydu Yapısal ve Isıl Kontrol Alt Sistemlerinde kullanılan uzay kalifiye malzeme teknolojileri Farklı görevlerde kullanılan uydular için uygun malzeme teknolojilerinin belirlenmesi Isıl kontrol alt sistemi tasarımında kullanılan malzeme özelliklerinin uydu ısıl tasarımına etkileri İlgili malzeme teknolojilerinin yurt içerisinde temini konusunun değerlendirilmesi

3 TUSAŞ ın çalışma alanında yer alan uydu görevleri: EO KAMERA GÖREV YÜKÜNE SAHİP YER GÖZLEM UYDULARI (LEO) SAR GÖREV YÜKÜNE SAHİP YER GÖZLEM UYDULARI (LEO) HABERLEŞME GÖREV YÜKÜNE SAHİP UYDULAR (GEO) Alt Sistem Tasarım Analiz Tedarik Üretim Montaj Test Yapısal X X X X X X Isıl Kontrol X X X - X X

4 Yapısal malzeme seçiminde göz önünde bulundurulan temel özellikler: Mukavemet Katılık(deformation vs. load) Kararlılık Yoğunluk Yorulma/kırılma direnci Isıl parametreler (iletim, ısıl genlik) Gevreklik Aşınma Gaz salınımı Elektriksel özellikler (iletkenlik, kalkanlama, topraklama)

5 Uydu Panel Yapıları: Alüminyum levhalı - Alüminyum balpeteği CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) levhalı- Alüminyum balpeteği Alüminyum ızgara (grid) Merkezi Silindir/Koni Yapıları: CFRP levhalı - Alüminyum balpeteği Monolitik HM (High Modulus) CFRP malzemeler

6 Braketler, Insertler, Çerçeve ve Bağlantı Çubuğu Yapıları ve Mekanizmalar: Alüminyum Titanyum Invar Monolitik CFRP ve GRP (glass reinforced plastic) malzemeler Ayrılma Halkası: Alüminyum Monolitik CFRP malzemeler

7 Isıl kontrol malzeme seçiminde göz önünde bulundurulan temel özellikler: / (Soğurma-yayınım) oranı Isıl iletkenlik Atomik oksijen dayanımı Elektriksel iletkenlik/yalıtım Gaz salınımı/vakuma uyumluluk Isıl Kontrol Bileşenleri Radyatör Yüzeyleri Çok Katmanlı Yalıtım Battaniyesi Yapıştırıcılar Isıtıcı/Termistör/Termostat

8 Malzemenin uzay tarihçesine sahip veya uzay kalifiye olması gereksinimi: ECSS-Q-ST-70 Materials, Mechanical Parts And Processes standardı ECSS-Q-ST Data For Selection Of Space Materials And Processes standardı Kalifiye Parça Listesi (ESCC Qualified Part List) ve European Space Components Corporation spesifikasyonları Geçmiş uydulardaki kullanım statüsü

9 Yapısal ve ısıl malzeme seçimine etki eden başlıca faktörler Uzay ortamı etkileri Uydunun görev ömrü Yörünge ve yönelime bağlı etkiler Ekipman ısıl ve yapısal yüklerinden kaynaklı etkiler Etki LEO uydular GEO uydular Uzay ortamı etkileri LEO yörünge koşulları GEO yörünge koşulları Görev ömrü 1-7 yıl yıl Yörünge tipi Görev yükü tipleri Güneşe Eş Zamanlı/ Eğimli Elektro-optik SAR Yer Durağan Haberleşme Sistemleri (X bant, Ka bant, Ku bant, vs.)

10 ATOX: LEO yörüngelerde, atomik oksijen formunda belli bir miktar gaz hala etkili olmaktadır.* Malzemede aşınma etkileri olmaktadır. Polimerler için aşınma değeri yüksek olduğu için atomik oksijene alıngandır. Malzeme Kapton HN Aşınma değeri (10 24 cm 3 /atom)* Teflon * Farklı deneylerde (Long Duration Exposure Facility (LDEF), Atomic Oxygen Resistant Polymers (AORP) vb.) farklı değerler elde edildiği için aralık olarak verilmiştir. Material Selection Guidelines to Limit Atomic Oxygen on Spacecraft Surfaces, NASA/TP

11 Uydunun görev ömrü süresi, uyduda kullanılan malzeme teknolojisinin bu ömür sürelerine sahip başka uydularda daha önce kullanılmış ve başarımının gösterilmiş olması açısından önemlidir. Kullanılması planlanan malzeme farklı bir görev süresine göre kalifiye edilmiş ise aynı malzemenin daha uzun süreli görevlerde de kullanılabilirliğinin gösterimi şarttır. Isıtıcı kontrol mimarisinde termostat ile ısıtıcı kontrolü olması durumunun görev ömrüne bağlı olarak güvenilirliğe etkisi önemlidir. Termostatların çalışma ömürleri ON/OFF sayısı ile kısıtlıdır. 15 yıl ömrü olan bir uydu için ısıtıcı kontrolünde termostatın ne kadar süre ile kullanılabileceğinin analiz edilmesi gereklidir. Buna göre nominal kontrolde kullanılamaması gibi bir durum oluşabilir. Atomik oksijenin uydunun uzay ortamına doğrudan maruz kalan malzemeleri üzerinde yaratacağı etki, uydunun görev ömrü süresine göre hesaplanıp malzeme kalınlığı belirlenmektedir.

12 GEO yörüngede uydu üzerine gelen yükler LEO yörüngelere oranla daha tanımlı olduğu için haberleşme uydularında, uydunun hangi yüzeyinde hangi malzemenin kullanılması gerektiği projelerin erken aşamalarında tanımlanabilmektedir. Örneğin; haberleşme uydularındaki Kuzey-Güney ekipman panelleri.

13 LEO yörüngedeki uydu görevlerinde, yörünge ve yönelim parametreleri uydunun görevine uygun olarak belirlendiği için farklı yörünge ve yönelim parametrelerinin uydu üzerinde farklı etkileri olmaktadır. Yönelime bağlı olarak uydunun bazı yüzeylerinin güneşe, bazı yüzeylerinin de uzaya daha fazla görüşü olabilir. Bu durum da uydunun farklı yüzeylerinde kullanılan yapısal ve ısıl malzemelerin seçimine yön vermektedir. Tutulma (eklips) süresine bağlı olarak yapının maruz kalacağı sıcaklık farkları ısıl deformasyonu etkileyebilmektedir. Bu da deformasyon veya deplasman hassasiyeti yüksek olan yapılar için kritik olmaktadır. Örneğin: SAR anteninin uydu ile arayüzünde CFRP yüzeyli sandviç panel kullanılması.

14 Uydu içerisinde yer alan ekipmanların ısı değerleri, ekipmanların uydu içerisindeki yerleşiminin yanı sıra monte edileceği yapısal panel malzemesinin ne olması gerektiğini de etkilemektedir. Örneğin; yüksek ısı yayan ekipmanların radyatör paneline ihtiyaç duyması nedeniyle iletimi sağlayacak alüminyum sandviç panel kullanılması Yapısal parçaların iletim, ısı sığası, ısıl genlik katsayısı, mukavemet gibi malzeme özellikleri, ekipman/panel arayüzü uyumu açısından önemlidir. Ayrıca ekipmanların hem mekanik yük hem de ısıl arayüz isterlerine bağlı olarak arayüz tasarımında kullanılan malzemenin, bağlayıcı özelliklerinin ne olacağı, özel bir insert tipi ihtiyacı olup olmadığı gibi konular önem taşımaktadır.

15 Uyduda olması gereken sıcaklık mertebelerini en fazla etkileyen tasarım parametresi, uzaya bakan yüzeylerdeki malzemenin s / oranıdır. s / «1: Uyduyu soğutmak gereken yüzeylerde bu oranın oldukça düşük olması gerekmektedir. Bu özellikteki malzemeler yansıtıcı olarak tanımlanmaktadır. Radyatör yüzeyleri (0.1 (BOL) / 0.3 (EOL)) 0.5 < s / < 0.8: Yüzey sıcaklığının aşırı sıcak veya soğuk olmamasını sağlamak üzere kullanılan malzeme için gereken orandır. Çok katmanlı yalıtım battaniyesi s / ~ 1: Üzerine gelen enerjiyi aynı oranda yayan yüzeylerde görülen orandır. Siyah boya s / >1: Bu özellikteki yüzeyler genellikle sıcak olmaktadır. Güneş enerjisini yüzey üzerinde soğurmak için kullanılmaktadır. Metaller

16 Isı atma kapabilitesi (HRC)= *[ *F*((T rad ) 4 -(T s ) 4 )-[ s / * (q s + q a )+ q IR ]] =IR yayınım s / =Soğurma/yayınım oranı =Stefan-Boltzman sabiti (5.67*10-8 ) q s = güneş akısı F= uydu yüzeyinin uzaya görünüm faktörü q a = albedo akısı T rad =Radyatör yüzey sıcaklığı q IR = dünya IR akısı T s =Uzay ortamı sıcaklığı (4K)

17 Radyatör Yüzeyleri Second Surface Mirror (SSM) LEO uydularında kullanılır. Gümüş veya alüminyum kaplı Teflon bantlar Yüksek (0.75) / Düşük s (BOL 0.1) ITO kaplama Atomik Oksijen Dayanımı ESD Uydu üzerinde yüklenme etkilerini önlemek ve yapı ile elektriksel iletimi sağlamak için yapışkan yüzeyinde elektriksel iletken PSA kullanılmaktadır. Esnek bir bant yapısında olduğu için uydu üzerine montajı kolaydır.

18 Radyatör Yüzeyleri Optical Solar Reflector (OSR) GEO uydularında kullanılır. Radyasyon etkilerinden koruma sağlamak için UV ye dayanıklı kaplamalı olarak mevcuttur. Uydu üzerinde yüklenme etkilerini önlemek amacıyla iletken yüzey kaplamalı OSR tercih edilmektedir. İletken Yüzey Kaplama +UV Korumalı (ε=0.06 α S =0.83) İletken Yüzey Kaplama +UV Korumasız (ε=0.10 α S =0.86)

19 Çok Katmanlı Yalıtım Battaniyesi Uzay ortamı ile etkileşimi en fazla olan bileşenlerden biridir. Uydu ile uydu dış ortamı veya ekipman ile uydu iç ortamı arasındaki çift yönlü ısıl etkileşimi azaltır. Isıl kontrol alt sistemi gereksinimlerine bağlı olarak çok katmanlı yalıtım battaniyesinin tasarımı gerçekleştirilmektedir.

20 Çok Katmanlı Yalıtım Battaniyesi Dış katman malzemesi: Alüminyum kaplamalı Kapton veya Siyah Kapton veya Mylar Görev ömrü ve uzay ortamı: Dış katman kalınlığı uydunun yörüngede maruz kalacağı süre ve uzay ortamı etkisi göz önünde bulundurularak seçilmektedir. Kapton tek başına atomik oksijene duyarlı olduğu için dış katman olarak kullanıldığında koruyucu bir kaplama gereklidir. Örnek olarak: Görev ömrü 7 yıl olan bir uydu için Kapton aşınma oranı=3*10-24 cm 3 /atom* ATOX fluence=1*10 21 atom/cm 2 Malzeme kalınlığı= Malzeme aşınma oranı*atox fluence Kullanılması gereken min. Kapton kalınlığı 30µ * Prediction of Atomic Oxygen Yield for Spacecraft Polymers, Journal of Spacecraft and Rockets vol. 48, no. 1, January February 2011

21 Yapıştırıcı / Yapışkan bant Isıl kontrol donanımlarının uydu üzerine montajında kullanıldıkları için önemli bir malzeme teknolojisidir. Yapıştırıcılar Genellikle 2 etken maddenin bir araya getirilmesi ile hazırlanan bir karışım şeklindedir. Isıl iletken ve yapısal dayanımı yüksek olmalıdır. Yapıştırma prosesinin ardından tekrar sökme işlemi gerektiren durumlar için uygun değildir.

22 Yapıştırıcı / Yapışkan bant Yapışkan Bant (Pressure Sensitive Adhesive) Kullanım bölgesine göre elektriksel iletkenlik veya yalıtkanlık isterlerini karşılamak üzere seçilmektedir. Tak-çıkar işlemleri bakımından kullanımı kolay olduğu için yer operasyonlarında sıklıkla kullanılmaktadır.

23 Isıtıcı/Termistör/Termostat Uydu ekipmanlarının/ekipman arayüzlerinin alt limit sıcaklıklarının üzerinde tutulması için gereken kontrolü sağlamak üzere kullanılan donanımlardır. Isıl kontrol alt sistemi tasarımı kapsamında boyutlandırılan ısıtıcılar için güç, ısıtıcının fiziksel boyutları gibi parametreler ısıl kontrol alt sistemi tasarımcısı tarafından belirlenmektedir.

24 Isıtıcı/Termistör/Termostat Güvenilirlik açısından kullanılacak donanımın uzay koşullarına göre kalifikasyonunun gerçekleştirilmiş olması gerekmektedir. Bunun için European Space Components Corporation tarafından yayınlanan Kalifiye Parça Listesinde (QPL) yer alan bileşenlerin seçilmesi kritiktir. European Space Components Corporation ayrıca bir bileşenin nasıl kalifiye edilmesi gerektiğine yönelik gereksinimleri de tanımlamaktadır. Isıtıcı: ESCC Generic Specification No 4009 Resistors, Heaters, Flexible Termistör: ESCC Generic Specification No 4006 Thermistors Termostat: ESCC Generic Specification No 3702 Switches, Thermostatic

25 Yapısal alt sistem geliştirilmesi için gereken ham maddeler ve ısıl kontrol alt sisteminde kullanılan bileşenler yurt dışından temin edilmektedir. Bu malzemelerin yurt içerisinde geliştirilmesinin hedeflenmesi halinde; İhraç lisansına tabi olan ham madde ve donanımlara öncelik verilmesinin uygun olduğu değerlendirilmektedir. Uzay kalifiye malzeme ve donanım geliştirme çalışmalarında uzay standartları (ESA standartları- ECSS ve ESCC) tarafından belirtilen koşulların sağlanması ve bu koşullara uygun geliştirme planı yapılması gereklidir. Isıl kontrol alt sistemi açısından çok katmanlı yalıtım battaniyesi malzemelerinin ve yapısal alt sistem üretiminde ham madde olarak kullanılan CFRP malzemenin bu kapsamda olduğu değerlendirilmektedir.

26 TEŞEKKÜRLER

27 28