Bir gözlem uydusunun tasarımı, analizi ve kontrolü

Abstract

Gözlem uyduları, farklı amaçlar için kullanılan yapay uydulardır. Teknoloji geliştikçe gözlem uyduları geliştirilmektedir ve ortam şartlarına daha uygunları yapılmaktadır. Gelişmiş ülkelerin çoğu yer gözlem uydularına sahiptir ve bu uydular üzerine çalışmalar yapmaktadırlar. Özellikle, küçük yapılı gözlem uyduları günümüzde gittikçe popüler bir hale gelmektedir. Ülkemiz, ilk olarak 2011 yılında uzaya gözlem uydusu göndermiştir ve bu uydudan sonra Göktürk-2 ve Göktürk-1 uydusunu uzaya göndermiştir. Günümüzde Göktürk-3 uydusu çalışmaları devam etmektedir ve yakın bir zamanda da uzaya gönderilecektir. Ayrıca, yakın zamanda haberleşme uydusu Türksat-4A uydusu uzaya gönderilmiştir. Yakın bir zamanda yeni haberleşme uydusu tamamlanarak uzaya gönderilecektir. Bu tez çalışmasında, uzayda aktif olarak görev yapan bir uydunun özellikleri ve literatür taraması sonucunda elde edilen veriler kullanılarak bir uydu modeli hazırlanmıştır. Bu uydu modelinin tasarımı, yapısal analizleri, doğal frekanslarının analizi, rastgele titreşim analizi, harmonik analizi, akustik analizi, termal analizi ve durum kontrolü yapılmıştır. Solidworks katı modelleme programında elde edilen verilerden yararlanılarak bir uydu modeli oluşturulmuştur. Oluşturulan bu uydu modelinin tasarımını etkileyen faktörler belirlenmiştir. Bu faktörler göz önüne alınarak tasarımlar yapılmıştır ve uydu içerisinde alt sistemlerin yerleşimi yapılmıştır. Uydu güneş panelleri, mekanizma tarafından kilitli durumdadır. Güneş panelleri mekanizmaya gelen sinyalle beraber serbest kalmaktadır.ve damper, bant yay etkisiyle açık konumuna gelmektedir. Ayrıca, damper ve bant yay sayesinde şokların genlikleri azaltılmaktadır. Tasarımı yapılan uydu modelinin yapısal analizi Ansys’te yapılmıştır. Yapısal analiz sonucunda, roket kullanım kılavuzunda yer alan koşullar dikkate alınarak, uydu modelinin dayanıklı olduğu görülmüştür. Uydu modelinin doğal frekansları, Ansys programında bulunmuştur. Tasarlanan uydu modelinin, roket üreticileri tarafından istenen katılık gereksinimini karşıladığı görülmüştür. Tasarlanan uydu modelinde rezonans oluşmamaktadır. Tasarlanan uydu modelinde rastgele titreşim analizi yapılmıştır. Bu analiz sonucunda, uyduda meydana gelen deformasyon, gerilme, ivme ve hız sonuçları elde edilmiştir. Tasarlanan uydu modelinde düşük frekanslı harmonik analiz yapılmıştır. Analiz sonucunda, farklı faz açılarında uyduda meydana gelen deformasyonlar, gerilme, genlik ve gerilme frekans diyagramları elde edilmiştir. Tasarlanan uydu modelinde akustik analiz yapılmıştır. Bu analiz sonucunda, oktav band merkez frekanslarında deformasyonlar ve gerilmeler elde edilmiştir. Thermica programı kullanılarak alt sistemlerin yerleştirilmesi yapılan uydu modeli analiz edilmiştir. Analiz sonucunda, gövdede ve alt sistemlerde oluşan sıcaklık aralıkları elde edilmiştir. Alt sistemlerin sıcaklık aralıkları incelendiğinde, standart olarak belirlenen sıcaklık aralığında olduğu görülmüştür. Uydu durum kontrolü yapabilmek için tasarlanan uydu modelinin parametrelerinden yararlanarak matematiksel model çıkartılmıştır. Bu matematiksel modelden yararlanarak durum-uzay formuna geçiş yapılmıştır ve bu form uydunun kontrolsüz halinin simülasyonunda kullanılmıştır. Kontrolör olarak H∞ kontrolör ve karma H2/H∞ kontrolör kullanılmıştır. Kontrolsüz durum ile H∞ kontrolör karşılaştırılmıştır. Kontrollü durumda uydunun yörüngeden sapmadığı görülmüştür. H∞ kontrolör ile karma H2/H∞ kontrolör karşılaştırılmıştır. Karma H2/H∞ kontrolörün daha iyi cevaplar verdiği görülmüştür.