MECSE is the first CubeSat being developed at UBI - University da Beira Interior, and it is
an under development nanosatellite, resulting from the collaboration between C-MAST - Center
for Mechanical and Aerospace Science and Technologies and CEiiA - Centre of Engineering and
Product Development. MECSE’s mission, aside from the education aims to provide hands-on
experience to universitary students in space projects, it intends to demonstrate that is possible
the manipulation of plasma layer using an electromagnetic field that will mitigate the RF - Radio
Frequency blackout, which occurs when a space vehicle re-enter in the Earth’s Atmosphere.
In this dissertation, an overview of the requirements for a structural configuration, design, dimensioning,
verification and validation are presented, using several references. Nevertheless, the ECSS
- European Cooperation for Space Standardization documents was where the most of the information
was consulted, in order to identify and present the requirements from a systems engineering
and structural perspective.
Therefore, it was initially identified the main structural requirements, such as the mechanical environment,
the interconnection between CubeSat and launcher, and the minimum natural frequency
required for the satellite structure. Followed by the main structural requirements are the conditions
under which the verifications and validations must be performed in a satellite structure. This led
to the definition of the verification methods and to the organization, planning and methodology
of the verification processes, which are normally used for a CubeSat validation. Knowing that
the validation is only granted if the verifications and validation conditions are followed, applied
and accomplished in the numerical and experimental verifications, such as for ROD’s - Reviews of
Design and inspections.
In a final phase of this work, a set of launchers was analysed with the objective of identifying
a suitable proposal for MECSE project. The launchers Bloostar, Electron, LauncherOne and
Vector-R were the launchers with better performance for the analysed parameters. The analysis
of the various launchers was also carried out in order to recognize the most demanding mechanical
environment among the cases taken into account, so that MECSE project could be designed and
analysed according to the worst case scenario, while the final launcher is not selected. In this same
phase a proposal is made for a possible approach to the verification process, with the main focus
on the numerical models to be developed, on the experimental test methodology which was defined
by a hybrid approach with a structural model, an engineering qualification model and a protoflight
model, as well as identified the levels and duration of the tests and analyses to be performed in
these same numerical and experimental models.MECSE é o primeiro CubeSat desenvolvido na UBI - Universidade da Beira Interior e é um
nanosatélite em desenvolvimento resultante de uma parceria entre o C-MAST - Center for Mechanical
and Aerospace Science and Technologies e o CEiiA - Centre of Engineering and Product
Development. O objectivo do MECSE, além de ser educacional e de providenciar experiência
prática a alunos universitários em projetos espaciais, tem como missão demonstrar que é possível
manipular a camada de plasma, usando um campo electromagnético que irá permitir a mitigação
da perda de sinal de rádio frequência que ocorre quando um veículo espacial reentra na atmosfera
terrestre.
Nesta dissertação, uma visão geral dos requisitos para a configuração, design, dimensionamento,
verificação e validação são apresentados usando diversas referências, sendo dos documentos da
ECSS - European Cooperation for Space Standardization que a maior parte da informação foi
consultada, de forma a identificar e apresentar os requisitos de uma perspetiva da engenharia de
sistemas e estrutural.
Posto isto, foi inicialmente identificado os principais requisitos estruturais, tais como o ambiente
mecânico, a interconexão entre CubeSat e lançador e a frequência natural mínima exigida à estrutura
do satélite. De seguida foram assinaladas as condições pelas quais as verificações e validações
se devem realizar numa estrutura espacial. Tendo as condições de verificação e validação levado
à definição dos métodos de verificação e à organização, planeamento e metodologia dos processos
de verificação que normalmente são aplicados num CubeSat para a sua validação. Sabendo que
a validação só é obtida se forem seguidas as condições definidas para a realização das verificações
numéricas e experimentais, tal como das ROD’s - Reviws of Design e das inspeções a proceder.
Numa fase final deste trabalho, foi analisado um conjunto de lançadores com o objetivo de identificar
uma proposta adequada para o projeto MECSE, tendo sido os lançadores Bloostar, Electron,
LauncherOne e o Vector-R com melhor desempenho para os parâmetros analisados. A análise dos
vários lançadores foi realizada também com o intuito de reconhecer qual o ambiente mecânico mais
exigente de entre os casos tidos em conta, de forma a que o projeto MECSE possa ser desenhado
e analisado segundo esse mesmo caso, enquanto o lançador final não é selecionado. Também nesta
fase é realizada uma proposta para uma possível abordagem ao processo de verificação, com o
principal foco para os modelos numéricos a desenvolver, para a metodologia de testes experimentais,
foi definida uma abordagem híbrida com o intuito de ser construido um modelo estrutural,
um modelo de qualificação de engenharia e um modelo protoflight, tal como é definido os níveis e
duração dos testes a realizar nesses mesmos modelos numéricos e experimentais
