Titreşim Temelli Uydu Yönelim Denetimi Eyleyicisi Kavramsal Doğrulaması

TÜBİTAK Projesi, 2015 - 2020

Proje Türü: TÜBİTAK Projesi
Başlama Tarihi: Temmuz 2015
Bitiş Tarihi: Ocak 2020

Proje Özeti

Daha verimli uydu sistemlerinin üretilebilmesi için uzay uygulamalarında kullanılan ekipmanların sürekli olarak kütle, güç-tüketimi ve performans açısından iyileştirilmesi hedeflenmektedir. Bu duruma örnek olarak yörünge ve yönelim kontrol (YYBK) sistemlerinde kullanılan Tepki Tekerleri, Kontrol Momenti Jiroskopları (KMJ) gibi eyleyiciler verilebilir. Bu araştırmada uydu yönelim eyleyicilerinin yeni bir çalışma prensibi ile (titreşimle eylenmesi yoluyla) işlevselliği incelenecek, bu yeni tür yönelim eyleyicilerinin kavramsal doğrulamalarına yönelik olarak deneysel çalışmalar yapılacaktır.

İlk uzay uçuşlarından beri uydu yönelim eyleyicilerinin tasarımları sürekli olarak iyileştirilmiş; daha düşük kütle ve güce ihtiyaç duyarken daha fazla tork üretebilen eyleyiciler geliştirilmiştir. İlk başta yönelim kontrolü için itki sistemleri kullanılırken, daha sonra uydularda tepki tekerlerinin kullanımı tercih edilmiştir. KMJ kullanımı ise giderek yaygınlaşmaktadır.

Şu anda uydular üzerinde sık olarak bulunan yönelim eyleyicileri olarak tepki tekerleri, moment tekerleri ve KMJ’ler söylenebilir. Bu eyleyiciler sürekli dönme hareketini kullanarak uydu açısal momentumunu üzerinde kontrol otoritesi sağlamaktadırlar. Alışılagelmiş bu yöntemden farklı olarak, bu araştırma sonucunda titreşim hareketi temelli eyleyicilerin uyduda tork oluşturmadaki uygunluğu değerlendirilecektir. Piezoleketrik eyleyicilerden yararlanılarak bu eyleyciler gerçeklenmeye çalışılacak, oluşturulacak deneysel düzenekle yaklaşımın kavram doğrulaması ortaya konacaktır. Araştırmanın getireceği diğer bir özgün yaklaşım da Mikro Elektro Mekanik Sistemler (MEMS) tabanlı uydu yönelim eyleyicilerinin irdelenecek olmasıdır.

Araştırma kapsamında önerilen yaklaşımın pratik olarak uygulanabilirliği gösterilebildiği takdirde, farklı bir fiziksel temele sahip yeni bir tür uydu yönelim eyleyicisinin önü açılacaktır.

Araştırmanın şu biçimde yürütülmesi planlanmaktadır; İlk önce alternatif eyleyici mimarilerinin dinamik denklemleri elde edilerek performansları ve uygulanabilirlikleri değerlendirilecektir. Bunu uygun mimarilerin seçimi ve mimarilerin dinamik ve elektriksel modellerinin elde edilmesi takip edecektir. Elde edilen modeller ile benzetimleri koşulacak, gerektiği takdirde mimarilerde değişikliklere gidilecektir. Bundan sonra titreşim hareketinin incelenmesine yönelik çeşitli tasarım ve analiz bilgisayar programları kullanılması vasıtasıyla daha ayrıntılı analizler yapılarak tasarımlar iyileştirilecektir. Tasarım belirli bir seviyede olgunlaştıktan sonra, kavramın deneysel olarak doğrulanması için gereken test düzeneğine yönelik çalışmalar yapılacaktır. Bu süreçleri takiben tasarlanan eyleyiciler ürettirilecek, bu etkinliğe parallel olarak da test düzeneği oluşturulacaktır. Üretilen eyleyici test edilecek; tork üretim kabiliyetleri gösterilmeye çalışılacaktır.

Bu çalışmaları takiben titreşim temelli yönelim eyleycilerini gerçeklenebileceği diğer bir muhtemel alan olan MEMS alanındaki uygulanabilirliği incelenecektir. MEMS cihazlara özgü tasarım ve analiz bilgisayar programları kullanılarak titreşim temelli yönelim eyleyicileri tasarlanacaktır. Bütün bu aşamalarda MEMS üretim prosesleri ve tasarımın bunlara uygunluğu da göz önünde bulundurulacaktır.