Design and Testing of Antenna Deployment System for Aalto-1 Satellite

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2015-12-14
Department
Major/Subject
Avaruustekniikka ja -tiede
Mcode
ETA3001
Degree programme
EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka (TS2005)
Language
en
Pages
89 + 9
Series
Abstract
Aalto-1 is a nanosatellite based on CubeSat standard which will be launched in 2016. For command link and telemetry, Aalto-1 uses a UHF radio system operating at a 437.22 MHz frequency. For transmitting data to Earth, the UHF radio system requires antennas as well as an antenna deployment system (ADS), which would enable the antennas to be opened in operational configuration after the launch. The ADS compactly stores antennas into a small space before launch and then deploys them once the satellite is in orbit. This thesis designs, constructs and tests an ADS for the Aalto-1 satellite. The thesis focuses on three areas of the ADS design: mechanical design, electrical design and radio frequency (RF) design. The mechanical design includes selection of antenna stowage configuration, ADS location on the satellite and an antenna release mechanism. Electrical design includes a trade-off between various solutions for implementing the required ADS timer, design of the circuit schematic for the ADS timer, design of the Printed Circuit Board (PCB) for the ADS timer, and electronic component selection. RF design includes modelling the satellite structure, ADS and antennas using 3D electromagnetic simulation software. Antenna performance was optimized to meet mission requirements. To verify the simulation results, antennas were measured in an anechoic chamber. Moreover, ADS was subjected to a series of tests: vibration testing, thermal cycling testing and communication range testing. Thorough testing has not only ensured that ADS can withstand launch conditions and the space environment but will also work according to specifications.

Aalto-1 on CubeSat-standardin mukainen nanosatelliitti, joka suunnitellaan laukaistavaksi vuonna 2016. Telemetria- ja komentolinkkiä varten Aalto-1 käyttää UHF radiojärjestelmää, joka toimii 437,22 MHz taajuudella. Datan siirtämiseksi Maahan UHF radiojärjestelmää tarvitsee antennit sekä antennien avautumisjärjestelmän (Antenna Deployment System, ADS), joka avaa antennit toiminta-asentoon laukaisun jälkeen. ADS pakka antennit pieneen tilaan ennen laukaisua ja avata ne, kun satelliitti on kiertoradalla. Tässä diplomityössä suunnitellaan, rakennetaan ja testataan Aalto-1 satelliitin ADS:ää. Diplomiytyössä keskitytään kolmeen erilliseen suunnittelualueeseen: mekaaninen suunnittelu, sähköinen suunnittelu ja radiotekninen suunnittelu. Mekaaninen suunnittelu sisältää erilaisten antennien pakkaustapojen selvittämisen, ADS:n sijoituspaikan valinnan satelliitissa ja ADS:n antennien avautumismekanismin valinnan. Sähköinen suunnittelu sisältää selvityksen ajastimen toteutuksen vaihtoehtoista, ajastimen piirikaavion suunnittelun, ajastimen piirilevyn suunnittelun ja elektronisten komponenttien valinnan. Radiotekninen suunnittelu sisältää satelliitin, ADS järjestelmän ja antennien mallintamisen sähkömagnetiikan 3D simulointiohjelmalla. Antennien toiminta oli optimoitu mission vaatimusten mukaisesti. Optimoidut antennit mitattiin kaiuttomassa huoneessa varmistakseen simulaatiotulokset. Valmiin ADS järjestelmän toiminta varmistettiin tärinä- lämpösyklausja kantamatesteillä. Perinpohjainen testaus varmistaa, että ADS kestää laukaisuolosuhteet ja avaruusympäristön sekä tulee toimimaan sunnitelmien mukaisesti.
Description
Supervisor
Kallio, Esa
Thesis advisor
Jaan, Praks
Keywords
CubeSat, nanosatellite, antennas, ADS, UHF, RF
Other note
Citation