3. especificaciÓn a cumplir por el msm -...

DISEÑO DE PROPUESTA TÉCNICA PARA UN MECANISMO DE SEPARACIÓN DE MICRO-SATÉLITES

24 ESPECIFICACIÓN A CUMPLIR POR EL MSM

3. ESPECIFICACIÓN A CUMPLIR POR EL MSM



OBJETIVOS

Este documento define los requerimientos técnicos aplicables al desarrollo, fabricación,

integración, y fase de pruebas del sistema de separación de un micro-satélite integrado

en una plataforma llamada ASAP 5.

El conjunto debe ser diseñado para cumplir con los requerimientos de tierra, de

transporte, y de lanzamiento.

Para el lanzamiento de cada micro-satélite será necesario un dispositivo de separación.



DOCUMENTACIÓN APLICABLE

La siguiente documentación es parte de los requerimientos del sistema de separación.

• [DA 00] A5-SG-1X-01-CNES (22)

Spécifications Générales Sauvegarde

• [DA 01] ECSS-Q-70-71-A

Data for Selection of Space Materials

• [DA 02] ECSS-Q-70-02-A A Thermal Vacuum Test for the Screening of Space Materials

• [DA 03] ECSS-Q-70-05-A The Detection of Organic Contamination of Surfaces by Infrared Spectroscopy

• [DA 04] ECSS-Q-70-01-A Contamination and Cleanliness Control



DESCRIPCIÓ DEL DISPENSADOR DE MICRO-SATÉLITES ASAP 5

Para proporcionar la oportunidad de lanzar micro cargas auxiliares con una masa igual o

inferior a 120 Kg, ARIANESPACE ha desarrollado una estructura denominada ASAP 5

que es capaz de llevar pequeñas y medianas cargas hasta órbitas bajas, medias y

geoestacionarias.

Existen tres tipos diferentes de configuraciones disponibles (en función de la masa de

los satélites a lanzar) de las cuáles nos interesan dos, que son los que están relacionados

con micro-satélites. Para más información sobre la tercera configuración consultar la

documentación anexa.

Por tanto las dos posibles configuraciones que se podrían utilizar en el lanzamiento de

nuestro micro-satélite será la siguiente:

Configuración A • 8 micro-satélites dispuestos a 45º de la forma que aparece en la figura de

abajo.

• Cada uno de ellos con su sistema de separación individual, su conector

eléctrico y sus muelles de suelta.



Ilustración 5- Plataforma ASAP 5_Config. A



Ilustración 6- Vistas de la plataforma ASAP 5_Config.A

Configuración B • Una combinación de 4 mini- satélites y 6 micro-satélites

• Cada micro-satélite lleva un MSM, un conector y varios muelles



Ilustración 7- Plataforma ASAP 5_Confi.B

Ilustración 8- Vista superior Plataforma ASAP 5_Config.B



Ilustración 9- Vistas de la plataforma ASAP 5_Config.B

En ambas configuraciones la plataforma es metálica de un espesor de 60 mm de

estructura de honeycomb con un revestimiento de aluminio. La plataforma soporta las

cargas y aporta la rigidez necesaria para la configuración en la cual encima de esta

plataforma se coloca un satélite de una masa considerable.

Ilustración 10- Vista de perfil de un microsatélite en la plataforma ASAP 5



Requerimientos de diseño

Para reducir costes y riesgos en el desarrollo del dispositivo, la opción más destacada

debe ser utilizar los requerimientos de las ECSS (European Cooperation for Space

Standardisation).

Las opciones de diseño a implementar deben ser acordes con los requerimientos del

lanzador y de la plataforma adaptadora ASAP 5, así como de los documentos ECSS.

Requerimientos geométricos

RD 1- El MSM debe ser compatible con la interfaz definida en el apartado 4g.

RD 2- El MSM debe ser compatible con el volumen de envuelta definido en el apartado

4g.

RD 3- La integración del MSM debe ser compatible con la interfaz definida en el

apartado 4g.

RD 4- Cada micro-satélite estará unido al ASAP 5 por un MSM

RD 5- El paralelismo entre el ASAP 5 y el satélite será de mejor que 0.5 mm.

Requerimientos estructurales

RD 6- El MSM debe permanecer dentro de la envuelta operativa durante las

operaciones de tierra y de vuelo. (No gapping ni deslizamiento a cargas de fluencia).

RD 7- El factor de seguridad del MSM será de 1,1 para cargas estáticas de fluencia y

1,3 para cargas estáticas últimas con respecto a las cargas de vuelo, y de 1.15 para

cargas estáticas de fluencia y 1.5 para cargas estáticas últimas con respecto a las cargas

de tierra.

RD 8- El dimensionado del MSM debe tener en cuenta la combinación de las cargas de

diseño junto con otras condiciones ya sean térmicas como de presión como las propias

internas del mecanismo.



RD 9- Las cargas límite a las que estará sometido el MSM durante el vuelo serán las

que aparecen en el cuadro, y podrán darse simultáneamente. Estas cargas no incluyen

factor de seguridad alguno.

Tabla 2- Tabla de cargas aplicadas

Cargas

(A) Longitudinales estáticas + dinámicas (L) Laterales estáticas + dinámicas

Aceleración -7,5 g/ +5,5 g ±6 g

La masa del micro-satélite es de 50 Kg, aunque la estructura del ASAP 5 tiene

capacidad para soportar satélites de hasta 120 Kg.

La carga de torsión depende de la distancia del centro de masas del micro-satélite al

contacto de las dos partes, que es donde se reacciona el momento. Por defecto se

establece que esta debe ser igual o menor a 0,25 metros.

Ilustración 11- Esquema cargas aplicadas

RD 10- La estructura debe presentar un margen de seguridad positivo en cualquier

localización con respecto a la fluencia, ruptura, fatiga o torsión.

RD 11- La rigidez del MSM debe ser

Kaxial ≥ 5E8 N/m

Klateral ≥ 1,5E8 N/m

Esta rigidez debe ser justificada considerando que el MSM se ha fijado con los tornillos

que se definen en el apartado 4g.



Requerimientos térmicos RD 12- Durante todas las fases del lanzamiento y hasta la separación del satélite, la

máxima potencia disipada considerada para cada micro-satélite debe ser menor o igual

que 5 W.

Ver entorno térmico. (tabla 8)

Requerimientos en cuanto a contaminantes RD 13- Todos los componentes de MSM debe cumplir con las normas de

contaminación de la ESA. Ver DA-4.

RD 14- Ningún resto deberá salir del MSM durante la separación del mismo.

Requerimientos eléctricos RD 15- El circuito iniciador del MSM debe ser compatible con los requerimientos del

lanzador.

Corriente mínima: 4.1 A

Corriente nominal: 5A

Duración del impulso: 32msec ± 0.15 msec

Voltaje: 27 V

RD 16- El MSM debe estar equipado con un sistema iniciador redundante.

RD 17- El conector eléctrico para la iniciación de la suelta del MSM debe ser

compatible con los conectores del lanzador ARIANE V.

RD 18- El MSM deberá tener una resistencia eléctrica (continuidad eléctrica) entre el

satélite y la plataforma ASAP 5 que debe ser menor de 5mΩ con 10mA.

Requerimientos funcionales RD 19- El tiempo operacional del MSM (desde que recibe la señal eléctrica desde la

plataforma ASAP 5 hasta que la precarga se hace cero) debe ser menor de dos segundos.

RD 20- El MSM debe ser funcional bajo las cargas que aparecían en la tabla del RD 9.

RD 21- El MSM debe ser funcional en vacío.



RD 22- El MSM no debe tener después de su activación ningún elemento externo que

pueda perturbar la suelta del micro-satélite.

RD 23- El tornillo pretensado del MSM debe ser capturado sin sobresalir de la parte del

MSM que permanece con el satélite después de la separación.

RD 24- El tiempo que debe tardar el tornillo en el proceso de retracción debe ser

inferior a 15 ms, de manera que se evite una posible perturbación al micro-satélite

durante la separación.

Requerimientos de interfaz RD 25- El diseño debe ser acorde con la interfaz mecánica definida en el punto 3.

RD 26- Cada MSM deberá ser sujeto al micro-satélite por 12 tornillos de métrica 6 que

roscan directamente al micro-satélite

RD 27- Cada MSM deberá ser sujeto al adaptador ASAP 5 mediante 12 tornillos M8

(pasantes en el mecanismo)



Ilustración 12- Plano del tornillo de interfaz

RD 28- Cada MSM debe ser diseñado para ser fijado al adaptador y al micro-satélite tal

y como se define en la figura.



Ilustración 13- Sección de el contacto de los brackets

RD 29- El diámetro de los taladros pasantes de la interfaz del MSM debe ser como

mínimo de 6.5 mm.

RD 30- Los requerimientos para los 4 muelles son los siguientes:

• Energía total: ajustable entre 9 J y 9.5 J por muelle

• Fuerza individual del muelle: 420±15 N

• Energía individual por muelle: ±2% de la media

Requerimientos del entorno RD 31- El máximo nivel de choque inducido por el sistema de separación a la interfaz

del micro-satélite no debe superar el espectro de la siguiente tabla:

Tabla 3- Niveles máximos de choque permitidos



Ilustración 14- Niveles máximos de choque permitidos

RD 32- El MSM no debe causar la presencia de restos en el micro-satélite después de la

activación del mismo. Además no debe generar ninguna contaminación orgánica o

deposición de partículas en el micro-satélite.

Requerimientos de masa RD 33- La masa del MSM debe ser menor de 3.5 Kg(con 4 muelles) y de 4,2 Kg (con

10 muelles). El objetivo de diseño debe ser reducir el peso del mismo a 2 Kg. Se deberá

aportar una lista desglosando la masa de todos los elementos que constituyen el

mecanismo. La masa del MSM debe ser en todo caso lo menor posible.

RD 34- Después de la separación la masa residual restante que quedará con el satélite

será menor de 1Kg.

RD 35- La masa de los MSM se deben medir con una precisión de 0.002 Kg

1

10

100

1000

10000

100 1000 10000

g

Hz



Requerimientos operacionales

Perfil de la misión La secuencia de operaciones en las que se encuentra el MSM en BAIKONOUR Space

Center y en KOURU Space Center son las siguientes:

1. Transporte y almacenamiento

2. Desembalar el contenido

3. Integración del MSM en la plataforma ASAP 5

4. Transporte de la plataforma a la zona de integración en el lanzador

5. Transferir el vehículo lanzador a la zona de lanzamiento

6. Acciones de preparación para el despegue

7. Despegue

8. Vuelo de la primera etapa

9. Separación de los satélites

Fiabilidad y seguridad RO 1- La fiabilidad del MSM correspondiente a las funciones mecánica, eléctrica y

pirotécnica debe ser de 0,999 con un nivel de confianza de 0,6.

RO 2- El MSM debe permitir el montaje y desmontaje del satélite/plataforma

dispensadora más de seis veces durante las operaciones de tierra.

RO 3- El MSM debe permitir ser tensado y destensado al menos 6 veces sin perder

ninguna característica operativa.

Requerimientos de Transporte y almacenamiento RO 4- El MSM debe tener la capacidad de estar como reserva durante siete años sin

sufrir ninguna degradación. El almacenamiento se llevará a cabo sin estar tensionado.

RO 5- El contenedor del MSM debe diseñarse de manera que se garantice las

condiciones específicas del hardware para el transporte y el almacenaje.

• Debe ser compatible con las áreas limpias clase 100.000

• Debe estar provisto de sensores de choque para el transporte

• Debe prevenir del riesgo de condensación interna a través de bolsas anti-

humedad.



Las condiciones a las que estará sometido el hardware en el transporte y almacenaje del

mismo serán las que aparecen en la siguiente tabla:

Tabla 4- Condiciones ambientales de una sala limpia

RO 6- El MSM debe mantenerse precargado 100 días sin que se produzca ninguna

variación de la precarga y almacenándose en un área limpia en las condiciones antes

descritas.

Vida útil RO 7- EL MSM comienza su vida útil a partir de la aceptación del producto, y termina

su vida útil en el momento que se confirma que la etapa superior del vehículo lanzador

ha colocado en el lugar correcto (órbita segura) el satélite.

Requerimientos de accesibilidad RO 8- El MSM tiene que ser accesible una vez integrado en la plataforma ASAP 5, de

manera que se pueda conectar el conector eléctrico de la Pirotuerca.

RO 9-El MSM tiene que poder ser tensado una vez integrado en la plataforma

RO 10- El MSM tiene que poder ser montado/desmontado sin dificultad

Requerimientos de integración RO 11- El diseño del MSM debe considerar la facilidad de integración del micro-

satélite a la plataforma adaptadora o dispensador. En primer lugar el MSM se integrará

junto con la plataforma del dispensador.



RO 12- Las zonas sensibles del MSM deberán estar protegidas durante la integración.

RO 13- EL MSM debe permitir desmontar el micro-satélite después de su integración

Entorno del vehículo lanzador Envuelta mecánica El diseño estructural del MSM debe estar en concordancia con la fatiga generada por las

cargas cíclicas que se dan durante el transporte del dispensador en los tres ejes.

Tabla 5-Envuelta mecánica_X

Tabla 6- Envuelta mecánica_Y



Tabla 7- Envuelta mecánica_Z

Envuelta térmica El MSM estará sometido al siguiente gradiente de temperatura en cada fase de

operación:

Tabla 8- Envuelta térmica

Envuelta de choque

El sistema de separación de satélites tiene que ser capaz de soportar la envuelta de

choque que aparece en la siguiente tabla.

Tabla 9- Envuelta de choque recibida

Frecuencia Aceleración 100 25

1000 1000 2000 3300

10000 4500



Ilustración 15- Envuelta de choque

Envuelta random Los niveles del ensayo random de vibración para la calificación y aceptación son los

que siguen:

Tabla 10- Envuelta random

Densidad espectral (g^2/Hz)

Banda de frecuencias (Hz) Calificación Aceptación 20-2000 0,0727 0,05

El ensayo random de vibración debe llevarse a cabo en los 3 ejes del micro-satélite. La

duración del mismo será de dos minutos por eje para la calificación y de un minuto por

eje para la aceptación.

Envuelta seno La carga será aplicada a la interfaz del MSM. Las cargas vienen especificadas en la

siguiente tabla:

Tabla 11- Envuelta seno

Banda de Frecuencias

(Hz) Niveles de cualificación Niveles de aceptación

Longitudinal 4 - 6 25mm 20 mm 6 - 100 3,75 g 3 g

Lateral 2 - 6 20 mm 16 mm 6 - 100 2,5 g 2 g

Gradiente (Oct./min) 2 4

1

10

100

1000

10000

100 1000 10000



Requerimientos de Verificación • Será necesario que el cliente demuestre, todos y cada uno de los requerimientos

exigidos en esta especificación ya sea por ensayo, análisis o por la experiencia

propia en mecanismo similares.

• El no cumplimiento de alguno de los requerimientos supondría la apertura de

una no conformidad que deberá ser discutida y tratada adecuadamente.

• Se deberán tener en cuenta los estándares de calidad relativo al entorno espacial

ECSS

3. especificaciÓn a cumplir por el msm -...

Documents