Simulação térmica e elétrica de CubeSat

Resumo

Os custos e prazos reduzidos são atrativos que impulsionam o emprego de satélites do padrão CubeSat no setor espacial. No espaço, esses pequenos satélites devem sobreviver ao vácuo, à uma significativa variação de temperatura, além de serem capazes de alimentar e operar os seus subsistemas autonomamente. A maioria dos satélites, incluindo CubeSats, usam painéis fotovoltaicos para converter a radiação solar em energia elétrica, um fenômeno cuja eficiência é diretamente proporcional à incidência de radiação, mas inversamente proporcional à temperatura. Um desafio fundamental para um CubeSat refere-se justamente às limitações de energia, pois estas restringem a qualidade de serviço. Portanto, cabe ao projetista obter uma solução que seja adequada do ponto de vista térmico e elétrico, sem prejudicar a operação, e que garanta a manutenção dos objetivos da missão. Neste contexto, esta pesquisa propõe o desenvolvimento de uma ferramenta numérica para explorar o desempenho de uma missão CubeSat 1U, 2U e 3U, com foco nos níveis de temperatura e de geração de energia envolvidos, para cada instante de tempo, considerando uma determinada órbita e atitude. Três fenômenos principais serão modelados e integrados: radiação (emissão pelo satélite, absorção da radiação solar, albedo e infravermelho da Terra), transferência de calor (condução e radiação) e conversão de energia pelo efeito fotovoltaico. Espera-se através disso contribuir para uma maior assertividade nas missões frente aos desafios do ambiente espacial.