Thermal Analysis, design, and verification of an academic CubeSat mission in a MBSE context

Abstract

[ES] "TUDSaT e.V.", una asociación de estudiantes de la Universidad Técnica de Darmstadt está desarrollando la primera misión espacial académica de la universidad "TRACE" (TU Darmstadt Research CubeSat for Education), un CubeSat que demostrará una tecnología spin-in para la determinación de la órbita terrestre como su misión principal. Actualmente en la fase de diseño preliminar, el lanzamiento del satélite está programado para fines de 2024 o principios de 2025. Como piedra angular del enfoque de desarrollo, el equipo de la misión explora y aplica principios de ingeniería de sistemas basados en modelos a través de la plataforma "Valispace", respaldada por el instituto de sistemas de vuelo y control automático (FSR) en una capacidad administrativa y de ingeniería de sistemas. Los próximos pasos clave en el proyecto TRACE incluyen un análisis térmico detallado de la nave espacial en órbita y la planificación de actividades relacionadas de ensamblaje, integración y verificación (AIV). Su formulación, documentación e integración en la plataforma MBSE de la misión son los principales objetivos de esta tesis. Esto implica investigar sobre temas de diseño térmico y verificación de sistemas espaciales, así como ingeniería de sistemas basada en modelos, la creación de simulaciones térmicas para varias órbitas y configuraciones de naves espaciales, y la formulación detallada de procedimientos AIV relacionados con el subsistema térmico de TRACE. Siempre que sea posible, los resultados de la tesis y la documentación se integrarán en el entorno del proyecto Valispace de la misión. Además, la tesis examinará el impacto del enfoque MBSE elegido y su impacto en el proceso de desarrollo de la misión. A efectos de validación, se realizarán entrevistas a expertos durante el desarrollo de la tesis.

[EN] "TUDSaT e.V.", a student association of Technical University of Darmstadt is developing the university's first academic space mission "TRACE" (TU Darmstadt Research CubeSat for Education), a CubeSat which will demonstrate a spin-in technology for ground-based orbit determination as its primary mission. Currently in the preliminary design phase, the satellite is scheduled to launch in late 2024 / early 2025. As a cornerstone of the development approach, the mission team explores and applies model-based systems engineering principles via the platform "Valispace", supported by the institute of flight systems and automatic control (FSR) in an administrative and systems engineering capacity. Key upcoming steps in the TRACE project include a detailed thermal analysis of the spacecraft in orbit and the planning of related assembly, integration, and verification (AIV) activities. Their formulation, documentation, and integration into the mission's MBSE platform are the main goals of this thesis. This entails research about the topics of thermal design and verification of space systems as well as model-based systems engineering, the creation of thermal simulations for various orbits and spacecraft configurations, and the detailed formulation of AIV procedures related to the thermal subsystem of TRACE.Where possible, the thesis results and documentation shall be integrated into the mission's Valispace project enviroment. Additionally, the thesis shall examine the impact of the chosen MBSE approach and its impact on the mission development process. For validation purposes, expert interviews shall be conducted during the course of the thesis.