CubeSat battery thermal analysis using ESATAN

The approximations considered at the early stage of a thermal model make the initial simulations more efficient. A less accurate, but faster simulation is more useful for an initial thermal model. It is critical to find out what the key components from a thermal point of view are, as they are to be represented in the initial thermal model. In case some essential components for a space mission, as the CubeSat batteries, reached temperature close to the safety margins, it is necessary to perform a better thermal analysis by cre- ating a more detailed model component, especially if the operative temperature windows are tight. This analysis will allow to check the accuracy of the initial temperatures and therefore the correctness of the approximations from an engineering point of view. This study is focused on the NanoPower BP4 batteries provided by GomSpace and used in the HERMES-TP mission. ESATAN is the software used to model the components and run the simulations. The new model is improved both from the geometry of the compo- nents, which are closer to reality, and the thermophysical properties of the materials. The cross-checking of the simulation results ran with both models, despite some differences, confirmed the accuracy of the initial approximations.

Le approsimazioni effettuate nella fase iniziale di un modello termico servono a rendere le prime simulazioni più efficienti. È infatti preferibile per un modello termico iniziale poter effettuare simulazioni meno accurate, ma più veloci. Risulta quindi essere molto importante riuscire a determinare quali siano i componenti chiave dal punto di vista ter- mico da rappresentare nel modello iniziale. Nel caso in cui alcuni componenti critici per una missione spaziale, com le batterie di un Cubesat, raggiungano temperature vicine a margini di sicurezza, è necessario approfondire l’analisi termica realizzando un mod- ello più dettagliato del componente, in particolare se le finestre di temperatura operative risultano essere stringenti. Questa analisi permetterà di determinare se le temperature ottenute inizialmente siano corrette e che quindi le approssimazioni considerate in primo luogo siano idonee dal punto di vista ingegneristico. In questo studio sono state analizzate le batterie NanoPower BP4 fornite da GomSpace e utilizzate per la missione HERMES- TP. Il software utilizzato per il modello e per le simulazioni è ESATAN. Il modello più dettagliato si presenta migliorato sia dal punto di vista delle geometrie, più fedeli a quelle reali, sia dal punto di vista delle proprietà termo fisiche dei materiali. Il confronto dei risultati delle simulazioni compiute con il modello iniziale e quello più dettagliato, sebbene presenti alcune differenze, ha confermato la correttezza delle prime approssimazioni.