Ein-Knoten-Orbitalthermal- & Lötstellenermüdungs-Simulator

Orbitale Temperaturschwankungen über Sonnen- und Schattenphasen integrieren und Engelmaier-Ermüdungszyklen für Lötverbindungen abschätzen.

Single-Node Thermal Properties
kg
cm²
W
Max sunlit temperature7,4 °C
Min eclipse temperature−16,0 °C
Per-orbit swing ΔT23,4 K
Solder fatigue life N_f10.661Engelmaier cycles
Orbital Temperature Profile (°C)−30−520020406080190Orbit time (min)Temperature (°C)Node Temperature (°C)
Daten als Tabelle anzeigen
Orbit time (min)Node Temperature (°C)
0—
207
40−1
60−13
80−10
190—

DETERMINISTISCHE PHYSIK- & DATENMETHODIK

Wie Dieser Rechner Funktioniert

Quellmodule: lib/physics/thermal.ts

Integriert die Einknoten-Strahlungsenergiebilanz über 14 Umläufe mittels Runge–Kutta vierter Ordnung (RK4) bis zum eingeschwungenen Zustand und berechnet die thermomechanische Lötstellen-Ermüdung nach Engelmaier.

Grundgleichungen & Physikalisches Modell

Orbitale Einknoten-Energiebilanz
m·c_p · dT/dt = ν(t)·[α·S₀·A/4 + α·S₀·a_E·F·A·max(cos θ, 0)] + ε·q_IR·F·A + Q_int − ε·σ·A·T⁴

Berücksichtigt direkte Sonneneinstrahlung, Erdalbedo (0,30), Erd-IR (237 W/m²) über Sichtfaktor F(h) und Stefan–Boltzmann-Abstrahlung (Δt = 2 s).

Engelmaier-Ermüdungslebensdauer bleifreier/anschlussloser Lötstellen
N_f = ½ · (Δγ / (2·ε'_f))^(1/c),   Δγ = (L_D · Δα · ΔT) / h_s

Ausgewertet für L_D = 4 mm, Lötspalthöhe h_s = 75 µm, CTE-Differenz Δα = 10 ppm/K und 15,1 Zyklen/Tag.

Eingangsgrößen, Parameter & Einheiten

ParameterEinheitPhysikalische Bedeutung
m, A_totkg, cm²Thermische Masse (c_p = 858 J/(kg·K)) und äußere Abstrahlfläche.
α, ε—, —Mittlerer solarer Absorptionsgrad und infraroter Emissionsgrad.
Q_intWKontinuierliche interne Verlustleistung auf 525 km Bahn (β = 0°).

Modellannahmen & Gültigkeitsgrenzen

  • Setzt einen isothermen Gesamtknoten voraus; Temperaturgradienten über Platinenabstandsbolzen erfordern Mehrknotenmodelle.
  • Modelliert den maximalen Kernschatten bei β = 0°.

Durchgerechneter Standard-Referenzfall

0,24 kg 1P-Standardknoten (150 cm², α = 0,62, ε = 0,78, Q_int = 0,32 W)

Im eingeschwungenen Zustand bei 525 km pendelt die Temperatur zwischen −16,0 °C am Schattenende und +7,4 °C im Sonnenlicht (ΔT = 23,4 K), was ~10.661 Engelmaier-Zyklen ergibt.

Maximaltemperatur (Sonne)
+7,4 °C
Minimaltemperatur (Schatten)
−16,0 °C
Temperaturhub pro Umlauf ΔT
23,4 K
Engelmaier-Zyklenzahl N_f
10.661 Zyklen