Preliminary design of a deployable smart solar array for microsatellites applications

Nowadays the space sector is becoming more and more challenging, requiring better results with more stringent constraints. The innovative technologies employed on satellites have increasing power requirements, but at the same time the available stowage space and weight for each satellite are decreasing. These trends are in strong contrast among themselves, thus making it impossible to employ classic solutions. Therefore, deployable components are considered for consistent volume reduction. The purpose of this thesis is the preliminary design of a solar array based on the principles of deployable structures, to be mounted on a microsatellite. These structures feature a reduced stowage volume, that can be considerably extended with a deployment procedure once the satellite is correctly located on its prescribed orbit. Additionally, in order to produce an innovative solution, the actuators are made of shape memory alloys, a particular class of smart materials able to produce an actuation only by means of a temperature change and a type of flexible high-performance solar cell is considered to produce the array. The main steps carried out in this thesis are the development of a model for the degradation of solar cells performances, the design of the composite support panel, the creation of a thermal model to analyse the actuators temperatures and the design of the actuators, shaped as torsion springs. Different solutions are compared and traded-off to obtain the overall best compromise.

Oggigiorno il settore spaziale sta diventando sempre più stimolante ed impegnativo, richiedendo risultati in costante miglioramento con vincoli via via più stringenti. Le tecnologie innovative utilizzate a bordo dei satelliti hanno requisiti di potenza in aumento, tuttavia allo stesso tempo il volume di stoccaggio ed il peso per ogni satellite stanno diminuendo. Queste tendenze sono in forte contrasto tra loro, rendendo perciò impossibile l'impiego di soluzioni classiche. Per queste ragioni i componenti dispiegabili vengono presi in considerazione per una sostanziale riduzione di volume. Lo scopo di questa tesi è la progettazione preliminare di un pannello solare basato sui principi delle strutture dispiegabili, che deve essere montato a bordo di un microsatellite. Queste strutture sono caratterizzate da un basso volume in fase di stoccaggio, che può essere notevolmente ampliato con un procedimento di dispiegamento una volta che il satellite è correttamente collocato sull'orbita prescritta. In aggiunta, per produrre una soluzione innovativa, gli attuatori sono realizzati in materiali a memoria di forma, una classe particolare di materiali intelligenti in grado di produrre un'attuazione solo a fronte di una variazione di temperatura ed una tipologia di celle solari flessibili e di alte prestazioni sono considerate per produrre il pannello. I punti principali sviluppati in questa tesi sono la creazione di un modello per la degradazione delle performance delle celle solari, il design del pannello di supporto in materiale composito, la creazione di un modello termico per analizzare le temperature degli attuatori ed il design degli attuatori stessi, prodotti in forma di molle torsionali. Diverse soluzioni vengono comparate per ottenere come risultato finale il migliore compromesso.