Mars-laskeutujan sähköisten järjestelmien mitoitus tieteellisten operaatioiden optimoimiseksi

Visa fullständig post



Permalänk

http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022040126698 http://hdl.handle.net/10138/342351
Titel: Mars-laskeutujan sähköisten järjestelmien mitoitus tieteellisten operaatioiden optimoimiseksi
Författare: Haukka, Harri
Upphovmannens organisation: Ilmatieteen laitos
Finnish Meteorological Institute
Utgivare: Aalto-yliopisto
Datum: 2021
Språk: fi
Permanenta länken (URI): http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022040126698
http://hdl.handle.net/10138/342351
Abstrakt: Avaruushankkeissa energian saatavuus ja riittävyys ovat kriittisiä tekijöitä. Kun siirrymme kauemmaksi Auringosta, vähenee säteilyvuontiheys etäisyyden neliöön. Tämän vuoksi säteilyvuo Marsissa on noin 43 prosenttia säteilyvuosta Maassa. Marsin erityispiirteenä on myös kaasukehä, pölymyrskyt sekä kaasukehässä leijaileva hiekka, jotka vaikuttavat pinnalla olevan laskeutujan vastaanottamaan säteilyvuohon. Yleisimmät menetelmät sähköenergiaa tuottamiseksi mars-laskeutujissa ovat aurinkopaneelit ja radioisotooppinen lämpösähkögeneraattori (RTG). RGT tuottaa energiaa tasaisesti, riippumatta vallitsevasta säteilyvuosta. Pienempien laskeutujien kohdalla yleensä riittää aurinkopaneeleiden ja akuston yhdistelmä. Tässä työssä on kuitenkin huomioitu mahdollisuus käyttää RTG:tä osana energiantuottojärjestelmää. Hyötykuorma ja palveluelektroniikka asettavat lähtökohdat energian- ja tehontuottojärjestelmän suunnitteluun. Tässä täytyy ottaa huomioon paitsi edellä mainittujen yksityiskohtaiset sähköiset vaatimukset, niin myös laskeutujan mukanaan tuomat massa- ja tilarajoitukset. MetNet-laskeutuja on suhteellisen pieni ja rajoittaa mm. akuston ja käytettävissä olevien aurinkopaneeleiden sekä RTG:n ominaisuuksia. Työssä kehitetty optimointityökalu antaa käytännössä rajattoman mahdollisuuden muokata energiajärjestelmän osien kokonaisuutta, mutta laskeutujan asettamien rajoituksien vuoksi, emme simuloi epärealistisia vaihtoehtoja. Optimointityökalu kehitettiin kahdessa vaiheessa. Ensin MS Excelillä, jonka avulla määriteltiin realistiset lähtökohdat mm. aurinkopaneeleiden ja akkujen määräksi sekä tarkasteltiin staattista toimintatilaa eri säteilyvuontiheyksillä ja alijärjestelmien hyötysuhteilla. Toiseksi Pythonilla, joka sisältää kaikki Excel-työkalun ominaisuudet. Tällöin voimme tarkastella järjestelmän toimintaa halutulla ajanjaksolla sekä muuttuvalla säteilyvuontiheydellä mihin vuorokauden ja vuodenaikaan tahansa. Marsin pinnalla sijaitsevien laitteiden täytyy toimia täysin autonomisesti. Tällöin energian saatavuus ja sen optimoitu käyttö ovat tärkeitä. Laskeutujan palveluelektroniikan pitää pystyä toimimaan myös ei-optimaalisessa tilanteessa ja tarvittaessa keskeyttää tieteelliset toiminnot. Näitä operaatioita ohjataan ns. syklogrammeilla, eli etukäteen ohjelmoiduilla toimintasuunnitelmilla, joita laskeutujan tietokone toteuttaa tarpeen mukaan. Työssä on simuloitu syklogrammeja eri toimintaolosuhteille hyödyntäen kehitettyä optimointityökalua.
Subject: Mars
cyclogram
optimization
MetNet
energy
MiniPINS


Filer under denna titel

Totalt antal nerladdningar: Laddar...

Filer Storlek Format Granska Beskrivning
Harri_Haukka_64397H_Final.pdf 25.36Mb PDF Granska/Öppna Harri_Haukka_64397H_Final.pdf

Detta dokument registreras i samling:

Visa fullständig post