Satellitdata er blevet en integreret del af vores hverdag her på jorden. Med en stigende efterspørgsel på at nå rummet hurtigere, billigere og med øget frekvens, oplevede rumfartsindustrien et paradigmeskift fra traditionel rumfart til det, der i dag kaldes “New Space”. Her har standardiserede komponenter indtaget verdensrummet i såkaldte CubeSats. Ved introduktionen af denne nye teknologi fulgte en industrialisering af rumfartsindustrien, der gjorde det muligt for private aktører at stifte start-ups, og i dag er New Space en industri, der er tilgængelig for enhver med interesse for rummet.

CubeSats er en miniature-satellit, som består af flere enheder, hvoraf én enhed (1 Unit) måler 10 x 10 x 10 cm.

Grundet deres kompakte design og udvikling, baseret på eksisterende komponenter, er det lykkedes at minimere omkostninger for udvikling af de små højteknologiske kuber og samtidig sende dem i rummet på “ryggen” af større raketopsendelser. Den første CubeSat blev udviklet af California State Polytechnic University tilbage i 1999. Sammen med Stanford University Space Development Laboratory udarbejdede de en standard med generelle krav og processer for at kunne udføre en succesfuld CubeSat-mission. Siden da er mange start-ups accelereret fra dette første skridt mod CubeSats, der blandt andet dikterer, at der skal benyttes specifikke aluminiumslegeringer til strukturelle komponenter.

Når der designes mekaniske strukturer, er materialevalg altid et kompromis imellem stivhed, styrke samt vægt. En robust struktur sikrer det nødvendige miljø for, at øvrige komponenter overlever en given missions levetid. Strukturer med øget styrke, stivhed, miljømæssig stabilitet osv. kan bidrage til øgede opsendelsesmuligheder for CubeSats og samtidig åbne op for udforskningen af det ydre rum. Lavere vægt gør desuden en satellit mere smidig. Det betyder, at levetiden for en CubeSat-mission kan forlænges fra 1-2 år op til 4-5 år. Denne forøgelse kræver indbyggede fremdriftssystemer, for at satellitten forbliver i sin kredsløbsbane, hvilket ofte er forbundet med tunge elektriske systemer eller butangas-tanke og trykdyser.

De tynde, stive plader danner et effektivt spændingspar eller modstandsmoment, der gør det svært at bøje den samlede plade. Det lette kernemateriale sørger for, at kræfter kan forskydes i materialet og stabiliserer pladerne mod at “rynke” ved at overføre belastninger mellem hver side af panelet.

Her fordeles spændingerne i de stærke og stive kulfiber-epoxy-plader, der nu har øget indflydelse på stivheden grundet afstanden mellem dem (jo større afstand, desto større effekt). Samtidig sikres lav belastning i det svage og lette kernemateriale. Resultatet er altså et panel, der er både stivere, stærkere samt lettere end en tilsvarende plade af et massivt kompositmateriale – smart!

Konstruktion af en CubeSat-struktur

Satellittens struktur består naturligvis af andre dele end blot de smarte sandwich-paneler. Den endelige konfiguration består af en top- og bundplade samt fire vinkelskinner i hvert hjørne for at binde sandwichpanelerne sammen. Vinkelskinnerne vil være i kontakt med rakettens udløsningsmodul, der med en fjeder sørger for, at satellitten skubbes forsigtigt ud i sin rette bane. For yderligere at minimere vægten på den færdige struktur, har vi på SDU udarbejdet en såkaldt topologi-optimering. Her beskrives matematisk, hvordan strukturen belastes, hvorefter en numerisk analyse gradvist reducerer materialet i de områder, hvor spændingerne er lavest. Her identificeres altså, hvor der kan spares materiale mest effektivt.

Herefter genereres et endeligt design, som både fremstilles og efterbearbejdes i SDU’s eget højteknologiske kompositlaboratorie i Hans Christian Andersen Lufthavn.