Turksat 3usat uydusu'nun yapısal tasarımı
Structural design of turksat 3usat satellite
Yazar: MURAT SÜER
Danışman: PROF. DR. FIRAT OĞUZ EDİS
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Uçak Mühendisliği = Aircraft Engineering

Özet:
Günümüzün anahtar teknolojilerinden olan uydu teknolojisi, büyük bir hızla gelişmekte ve yeni uygulama alanları bulmaktadır. Büyük uyduların üretim sürecindeki zorluklar ve yüksek maliyetleri nedeniyle uzay görevlerinde küçük uyduların kullanımı giderek yaygınlaşmış ve küçük boyutlu uydular geniş bir kullanım alanı elde etmiştir. Uydu teknolojilerinin bu yöndeki ilerleyişi belirli standartlar çerçevesinde geliştirilmiş, olabildiğince kompakt ve modüler uydu yapılarının geliştirilmesine duyulan ihtiyacı arttırmıştır.  Bu ihtiyacı karşılamak üzere, uydunun ana donanımlarını ve faydalı yükü taşımak ve alt sistemlerin bütünlüğünü sağlamak ile görevli olan uydu yapıları konusunda, düşük kütle ve yüksek dayanım kriterleri çerçevesinde Ar-Ge çalışmaları büyük önem taşımaktadır.
Bu tez çalışmasında, TURKSAT 3USAT projesi yapı-mekanizmalar alt grubu olarak gerçekleştirilmiş olan çalışmalar ortaya konmaktadır. TURKSAT 3USAT projesi kapsamında üretilecek uydunun modellenip tasarlanma sürecine ve tasarım sonucu elde edilen yapının, yapısal tasarım analizleri ve testlerine değinilecektir. Bunun yanında, uydu yapısının hazır alınması durumunda, gerekli olacak analizlerin fırlatma araçları kriterleri kapsamında yapılma aşamaları ve sonuçları anlatılacak ve bu sonuçların test sonuçları ile kıyaslanması yapılacaktır.
TURKSAT 3USAT projesindeki ana amaç, transponder vasıtasıyla uydu üzerinden amatör bandda sesli iletişim sağlamaktır. Ana amacın yanı sıra, ikincil amaç olarak özgün olarak tasarlanıp üretilmesi planlananan uydu alt sistemlerinin Türk Uzay Sanayisi?ne kazandırılması planlanmaktadır. Bu kapsamda küp uydu iskeleti ve anten mekanizması alt sistem ihtiyaçlarına göre kontrol edilecektir. 
TURKSAT 3USAT projesi kapsamında üretilecek uydunun, küp uydu programının gerektirdiği tasarım kriterlerinin belirtildiği Cubesat Revision 12 standartlarına uyması gerekmektedir. TURKSAT 3USAT uydusunun tasarımı, bu tasarım kriterleri göz önünde bulundurularak yapılmaktadır. 
Hazır kartların ve alt sistemlerin kullanılmasından dolayı, özgün tasarımımızın ISIS ve Pumpkin yapılarına benzer özelliklere sahip olması gerekmektedir. Çalışmada iki yapının birbirlerine göre avantajları ve dezavantajlarına da değinilecektir. Alt sistemlere erişim kolaylığı, kartları yatay dikey sıralayabilme özelliği ve birer birimlik olarak sökülebilmesi, özgün tasarımımızda olması gereken özellikler olarak uygun bulunmuşlardır. Tasarım kriterleri olarak, minimum kütle, kolay erişilebilirlik, asgari bağlama elemanı ve tüm modelin sökülmeden kendine özgü birer ünite halinde ayrılabilmesi hedeflenmiştir. Özgün tasarımımız için diğer bir hedef de, özgün tasarım kütlesinin ISIS veya Pumpkin uydularının kütlesinden daha fazla olmaması, mümkünse daha hafif olmasıdır.
Buna göre,  temel olarak tasarım iki adet ana panel, iki adet yan panel, toplam olarak iki adet alt ve üst kapak, on iki adet bağlantı elemanı ve on iki çubuk olmak üzere toplam beş farklı parça tipinden oluşmaktadır. Prototip tamamen ayrılabildiği gibi, üç ünite halinde de ayrılabilmektedir. 
Uydu yapısının fırlatma ve görev süresince başarılı olacağının sınanması için geçmesi gerekli görülen analizlere ayrıntılı bir şekilde değinilecektir. Uydunun tasarım sürecinde uygulanması gerekli görülen analizler statik analiz, doğal frekans ve modal analiz, frekansa bağli statik yükleme analizi, rastgele titreşim analizi ve harmonik titreşim analizidir. Tasarım sürecinin bir diğer önemli aşaması da mühendislik yazılımları ile tasarımın, fırlatma aracından kaynaklı yüklere ve titreşimlere dayanıp dayanamayacağını belirlemektir.  Bu aşamada, fırlatma sağlayıcısından alınan bilgilere ve verilere göre gerçekleştirilecek analizler açıklanacaktır. Bu analizler tercih edilmesi muhtemel fırlatma sistemlerine göre ayrı ayrı gerçekleştirilmiş ve sonuçların karşılaştırılması yapılmıştır.

Abstract:
Today's significant technology area, satellite technology, is developing at a great pace and finds new areas of application. Difficulties in the production process of large satellites and high costs cause small satellites to have become increasingly widespread in space missions and has gained a wide field of application. Satellite technology has developed in this direction gives rise to demand of satellite structure developed within the framework of certain standards of progress, as well as being compact and modular. To meet this requirement, R&D studies on structures tasked with carrying the main hardware and payload and ensuring the integrity of satellite subsystems in the frame of low-mass and high strength criteria have utmost importance.
In this study, studies that have accomplished by Structure and Mechanisms sub-group working in the frame of TURKSAT 3USAT project are explained. Within the scope of the project, modeling and designing processes of the satellite structure, structural design analysis of the satellite will be discussed. In the case of using of-the-shell satellite structure, the structural analysis of the satellite for launch under the criteria of the launch vehicle, their results will be explained and comparison of these results with the results of the test will be made.
The main purpose of the project TURKSAT 3USAT, to provide voice communications in the amateur band by means of transponder on the satellite. The secondary purpose is production of the domestic satellite sub-systems designed on Turkish laboratories and planned to acquire this technology to Turkish aerospace industry. In this context, the skeleton of the cube satellite and antenna mechanism will be controlled according to sub-system requirements.
The satellite produced by 3U satellite TURKSAT project is must obey to the standards required by the design criteria specified Cubesat Revision 12. TURKSAT 3USAT satellite design must be taken into consideration. 
Because of using of the off-the-shell cards and the sub-systems, the structure design must has the similar properties with ISIS and Pumpkin structures have. According to the study, the advantages and disadvantages of both of them will be discussed. Ease of access to sub-systems, horizontal and vertical placing feature of cards, and removable unit structures properties are determined as appropriate specifications of design. The minimum mass design criteria, easy accessibility, the minimum number of connecting member (fasteners) and dismantling the entire model as separated units are targeted as desıgn criteria. Another objective is to determine to mass as a value that is not more than ISIS or Pumpkin?s mass values, if possible, is much lighter.
Accordingly, the design consists of totally five different component types consist of two main panel, two side panels, one upper and one lower cap, twelve fastener components and twelve coupler rods. The prototype can be separated completely, as well as, can be separated as three cube units.
Tests determined so as to examine to success of Satellite during launch and mission will be discussed in detail. Application of analysis required to the design process of structure are detected as static analysis, natural frequency and modal analysis, frequency analysis depending on the static loading, random vibration analysis, harmonic vibrational analysis. Another important phase of the design process is to examining whether the design of structure and engineering software withstand loadings and vibrations caused from the launch vehicle or not. In this phase analysis information supplied from launch vehicle will be described analysis performed by information and data from the launch provider. This analysis carried out separately and the results were compared according to the launch systems.