سیستم آرایه خورشیدی بازشونده
ماهواره های مکعبی QuakeSat و Delfi-C3 از جمله ماموریت‌هایی هستند که در آنها سامانه بازشونده با موفقیت به‌کار گرفته شده است. با رشد علاقه‌مندی به نانوماهواره ها در جوامع دانشگاهی و حرفه ای، مشخص شده که درماموریت‌هایی که از سیستم های بازشونده استفاده می‌کنند، توان، عامل محدودکننده است و نه حجم. سهولت دسترسی به توان، وابسته به نوع مدار و گنجاندن پانل های خورشیدی یا باتری های اولیه است که خود آنها نیز وابسته به نیازهای ماموریت هستند.
سیستم آرایه خورشیدی بازشونده XSAS
محققان دانشگاه میشیگان برای افزایش توان قابل دست‌یابی در ماهواره‌های مکعبی، دست به طراحی و ساخت یک سیستم آرایه خورشیدی بازشونده به نام XSAS زدند. XSAS یک سیستم بازشونده ماژولار است که میتواند به هر نوع پیکربندی ماهواره مکعبی استاندارد الحاق شود. این سیستم که ابعادی به اندازه 10 ×10 ×15 سانتیمتر (1.5U) دارد در مقیاس کامل تا 2 متر قابل‌گسترش خواهد بود. دانشگاه میشیگان برنامه های مداوم برای پرتاب ماهواره مکعبی با سامانه XSAS را دارد.
علاوه بر پانل های خورشیدی بازشونده، بوم گراديان جاذبه که براي پايدارسازي غيرفعال مورد استفاده قرار مي‌گيرد نيز از جمله سامانه‌هاي بازشونده در ماهواره است که در ماهواره‌هاي کوچک نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرد.
اغلب سامانه‌هاي ساخته شده بازشونده قبلی به این دلیل که برای یک ماموریت خاص طراحی شده بودند، قابلیت ماژولارسازی نداشتند. هر یک از برنامه های ماهوارهای مقدار زیادی از زمان پروسه طراحی را برای روش منحصربه‌فرد خود در استقرار یک آنتن یا پانل خورشیدی اضافی صرف کرده است. XSAS قصد دارد این روند را از طریق ماژولارسازی تغییر دهد.
نمونه آزمایشیXSAS
سامانه XSAS سازه چندتکه بازشونده، پانل خورشیدی، مکانیزم قفل و یک مکانیزم استقرار نیکل-کرومی را در خود جای داده است. با توجه به محدودیت اندازه، نمونه مورد استفاده برای تست میکروگرانشی، مدلی است کوچکتر از XSAS با طول بازشوندگی کامل 38 سانتیمتر. با استفاده از نتایج آزمایش نسخه کوچکتر، یک مدل دینامیکی مشخص خواهد شد که قابل تغییر مقیاس به یک نسخه کامل خواهد بود. پانل ها با زاویه 30 درجه قرار گرفته‌اند. این حالت به‌عنوان بهترین توازن بین صلبیت سازه و زاویه برخورد پرتوهای خورشیدی باپانل های خورشیدی انتخاب شده است. این زاویه نیز برای نسخه مقیاس کامل XSAS استفاده میشود، اما میتواند با توجه به نیاز ماموریت تغییر یابد.
سازه چندتکه بازشونده امکان جمع شدن و باز شدن روان، همزمان با حفظ صلبیت و استحکام را فراهم می‌کند. لولاها که هر پانل را به بقیه سازه متصل می‌کنند، فنرهای پیچشی داخلی دارند که با یک ممان خالص، محرکی برای باز شدن سازه چند تکه هستند. نقطه اتصال سازه چند تکه و پانل، امکان چرخش اين دو را فراهم مي‌کند. هنگامی‌که XSAS در وضعیت کاملا فشرده خود باشد، نیروی فنرها بیشترین مقدار را دارد که متناظر با بزرگ‌ترین جابه‌جایی زاویه ای از وضعیت تعادل در هر یک از فنرهای پیچشی است. چهار پانل آزادشونده، توسط لولاهای فنری به هرطرف بخش فوقانی مجموعه متصل شده به‌طوری که هر کدام از آنها یک ممان را حس می‌کنند که این ممان ها حرکت چرخشی به سمت بیرون را انجام می دهند.
پایان مرحله گسترش
وقتی‌که XSAS به پایان مرحله گسترش رسیده است، مکانیزم قفل کننده اجازه می دهد تا مجموعه در وضعیت باز شده همچون یک سازه صلب قفل شود. مکانیزم آن به بخش تحتانی سازه چندتکه در داخل پانل جلویی متصل شده است. همچنان که سازه باز میشود، یک زبانه صفحه ای را به پایین می لغزاند تا جایی‌که به یک دندانه برسد. سازه زبانه را به سمت دندانه ای می راند که حرکت صفحه را محدود می‌کند و بنابراین حرکت سازه چندتکه را محدود می‌کند.
فرایند باز شدن سازه
برای گسترش سامانه از وضعیت فشرده، طناب الاستیک باید بریده شود. در شرایط آزمایشگاهی این عمل به‌صورت بی سیم انجام می شود. این روش یک مدار نیکل- کروم را به‌کار می گیرد که در داخل بخش پایینی مجموعه واقع شده است. بخشی از طناب در تماس مستقیم با نیکل-کروم است. هنگامی‌که سیگنال هادی بیسیم برای تامین جریان به مدار نیکل-کروم فرستاده می شوند، طناب الاستیک برای زمانی حدود 400 میلی‌ثانیه گرم میشود که موجب بریدن آن می شود. این عمل حلقه اطراف پانل های آزادشونده را از بین می‌برد که به آنها اجازه نوسان به بیرون و نیز آزاد کردن زائده‌های خود از شیارها را می دهد. سپس سازه آزاد و آماده برای فرایند باز شدن است.
برای حفاظت از پانل های خورشیدی در طول پرتاب در وضعیت فشرده، یک قاب محافظ فلزی در اطراف پانل های خورشیدی اضافه شده است. قاب محافظ برای انتقال ارتعاشات ناشی از پرتاب از طریق پوسته به سازه ماهواره مکعبی متصل به آن به‌کار می رود. همچنین برای قاب های محافظ این قابلیت به‌صورت بالقوه وجود دارد که بتوانند پانل های خورشیدی بیرونی اضافی را در خود جای بدهند.
در آزمايش‌هايي که به‌منظور اعتبارسنجی و توسعه مدل های دینامیکی اين سامانه انجام شده، اجزایی همچون IMU ها (برای اندازه‌گیری شتاب و نرخ چرخش) و کرنش سنج ها (برای اندازه‌گیری نیروهای خمشی و پیچشی روی سازه) به‌کار می روند. برای ضبط دقیق و مداوم این اندازه گیری ها، داده نگارها روی هر پانل و نیز انتهای ماهواره مکعبی، مورد استفاده قرار می گیرند.
یک فناوری توانی خورشیدی نو و بدیع
سیستم آرایه خورشیدی بازشونده یک فناوری توانی خورشیدی نو و بدیع است که از یک آرایه بازشونده برای افزایش مساحت پانل خورشیدی و پایدارسازی گرادیان جاذبه استفاده می کند. این سیستم میتواند روی پیکربندی یک ماهواره مکعبی1.5U بسته شود و پس از باز شدن تا حداکثر دو متر قابل‌گسترش است. با استفاده از این مساحت اضافی، XSAS میتواند تا پنج‌برابر مقدار پیکربندی استاندارد یک ماهواره مکعبی، توان تولید کند. هنگامی‌که سیستم به‌طور کامل گسترش یابد، XSAS می تواند به‌طور متوسط 23 وات توان تولید کند، درحالی‌که پیکربندی ماهواره مکعبی3U متداول، تنها میتواند 6 وات توان تولید کند. این مقدار افزایش توان میتواند شمار ماموریت‌های محتمل برای یک ماهواره مکعبی را افزایش دهد. همچنین مزیت دیگر XSAS این است که در هنگام گسترش کامل پایدارسازی گرادیان جاذبه را نیز فراهم می‌کند و میتواند بدون اعمال چرخش اضافی بر ماهواره باز شود.
