Etäyksikön suunnittelua

Remote Unit Component Design Review -kokouksen osallistujat Upsalassa 7.-8.11.2011.
Kuva: Sini Merikallio

Sähköpurjekolumni 3.2.2012 

EU-projektissa kehitettävässä sähköpurjeessa jokaisen liean päähän tulee niin sanottu etäyksikkö, jotka sidotaan toisiinsa rei'itetystä muovinauhasta tehdyillä apulieoilla. Varmuuden vuoksi kukin apulieka avataan kahdesta suunnasta eli jokainen etäyksikkö sisältää kaksi apuliekakelaa. Etäyksikössä on myös pieni rakettimoottori, jonka avulla sähköpurjetakila pannaan pyörimään samalla kun sitä avataan. Etäyksiköiden moottoreilla saatetaan myös säätää takilan pyörimisnopeutta myöhemminkin, jos tarve vaatii. Etäyksikön moottori on joko tavallinen kylmäkaasumoottori tai pieni FEEP-ionimoottori. Kumpaakin vaihtoehtoa kehitetään rinnakkain.

RU Component Design Review -kokouspöytä Upsalassa 9.-10.1.2012.
Kuva: Sini Merikallio

Etäyksikön suunnittelu on ollut varsin mielenkiintoinen insinööritehtävä. Päävastuun siitä kantavat ruotsalaiset, kun taas elektroniikkaa tulee Virosta, apuliekarullat Saksasta ja FEEP-moottori Italiasta. Mielenkiintoisen siitä tekee se että etäyksikön pitää pystyä toimimaan 0.9-4 AU:n etäisyyksillä auringosta ja toisaalta siitä halutaan tehdä mahdollisimman kevyt, mielellään alle puolikiloinen. Lämpösuunnittelua helpottaa se että etäyksikön auringon puoleinen sivu on aina sama, joskin 60 asteen kääntymä perusasennosta sallitaan. Auringon puolella on aurinkokennoilla päällystetty levy, jonka takana varjossa oleva laatikko sisältää elektroniikan ja muut lämpötilavaatimuksiltaan kriittiset osat. Jos laatikosta kytkettäisiin sähköt pois, se jäähtyisi hitaasti varsin matalaan lämpötilaan, mutta melko pieni teho riittää pitämään sen sisälämpötilan halutuissa rajoissa. Tämä teho saadaan aurinkopaneeleista myös 4 AU:n etäisyydellä.

RU Component Design Review -kokouspöytä Upsalassa. Petri Toivanen on iloisella tuulella.
Kuva: Sini Merikallio

Etäyksikön suunnittelu on ollut mielenkiintoista, koska se ei ole vain laatikko johon tarvittavat komponentit ladotaan, vaan laitteen muotoon vaikuttavat hyvin monet eri tekijät. Esimerkiksi laitteen painopiste ei saa siirtyä liikaa kun kylmäkaasumoottorin tai FEEP-moottorin ajoaine kuluu eikä moottorin melko leveä suihku saa osua laitteen mihinkään osaan eikä etenkään apu- tai pääliekaan. Painopisteen täytyy myös pysyä selvästi apuliekojen kiinnityskohdan ulkopuolella, koska muuten yksikkö voisi kiepsahtaa ympäri lennon aikana jolloin aurinkopaneeli jäisi varjoon. Aurinkosuojan täytyy estää auringonvalon osuminen elektroniikkalaatikkoon myös 60 asteen kallistuskulmalla, joten laatikosta tehtiin mahdollisimman matala ja aurinkosuojan reunat taivutettiin sisäänpäin. Laitteen pitää olla riittävän tukeva kestääkseen laukaisutärinän ollessaan kiinnitettynä pääaluksen kylkeen, mutta toisaalta elektroniikkalaatikon ja aurinkosuojan välisten kiinnikkeiden täytyy olla riittävän hennot, jotta ne eivät muodosta jäähdyttävää lämpösiltaa 4 AU:ssa. Ratkaisu oli ripustaa elektroniikkalaatikko ja apuliekarullat erikseen pääalukseen, jolloin mainittujen hentojen kiinnikkeiden riittää kantaa laukaisutärinän aikana vain suhteellisen kevyen aurinkosuojalevyn värähtelevä massa. Näin kiinnikkeet saatiin ohuemmiksi ja niiden lämpövuodot pienemmiksi, mikä vähensi tehonkulutusta 4 AU:ssa ja teki siten mahdolliseksi pienentää ja keventää aurinkopaneelia ja aurinkosuojaa, jolloin kiinnikkeet saatiin entistäkin ohuemmiksi. Laite keventyi tämän ansiosta yli kilosta nykyiseen 550 grammaan.

Pekka Janhunen

Tästä videosta käy ilmi etäyksiköiden rooli.