3U ve 6U CubeSat güç bütçeleri: gövdeye monteli ve açılır güneş panelleri

Kelebek ve çift kanatlı GaAs dizileri nanouydu yörünge ortalaması gücünü 2,4 W'tan 45 W'a nasıl ölçekler?

Yazar: nadir lab.
Yayım: 12 Ekim 2026
Okuma süresi: 3 dk
Düzey: Mühendislik
Etiketler: CubeSat
EPS
Solar arrays
Power budget
3U
6U

Özet

525 km Güneş eşzamanlı yörüngedeki 1U, 3U ve 6U CubeSat uydularının rastgele dönen gövdeye monteli paneller ve Güneş'e yönlendirilmiş açılır güneş kanatlarıyla ürettiği gücü karşılaştırıyoruz. Gövdeye monteli 1U CubeSat yörünge ortalamasında ~1,5–2,4 W üretirken, çift kanatlı 3U 18–24 W'a ve dört kanatlı 6U 40–55 W üzerine çıkar.

İçindekiler

Gövdeye Monteli Hücrelerden Açılır Kanatlara

1U bir CubeSat ( $100 \times 100 \times 113, 5 mm$ ) her yüzünde en fazla iki adet $30, 18 cm^{2}$ GaInP/GaAs/Ge güneş hücresi taşır[1][2]. Rastgele dönü altında ortalama aydınlık izdüşüm alanı $A_{tot} /4$ olduğundan yörünge ortalaması güç $1, 5 - 2, 4 W$ düzeyinde kalır.

3 eksenli , X-bant vericiler ve radar görev yükleri için menteşeli açılır güneş kanatları ve aktif Güneş yönelimi kullanılır[3][4]:

P_{sun} (θ) = S_{0} η_{cell} N_{cells} A_{cell} I_{d} cos θ, \overset{ˉ}{P}_{orb} = P_{sun} (θ) (1 - f_{e})

Tam yüklü form faktörlerinin gövdeye monte gücü, serbest dönme, tutulma oranı 0,36

Form faktörü	Yüzey (cm²)	Ortalama izdüşüm alanı (cm²)	Güneşte ortalama (W)	Yörünge ortalaması (W)	Özgül güç (W/kg)
1P	150	37,5	0,86	0,55	2,20
3P	406	101,5	2,32	1,49	1,98
1U	654	163,5	3,74	2,39	1,20
3U	1.562	390,5	8,93	5,71	0,95
6U	2.841	710,3	16,24	10,39	0,87

Derlemenin Denklem 1’i: Güneş sabiti 1361 W/m², η = 0,28 üç eklemli hücreler, doluluk oranı 0,6.

1U–6U Güneş Dizisi Topolojilerinin Karşılaştırması

Yapılandırma	Aktif Hücre Sayısı ( $30 cm^{2}$ )	Tepe Aydınlık Güç (BOL)	Yörünge Ortalaması Güç ( $525 km$ )	Tipik Batarya Paketi
1U Gövdeye Monteli (Rastgele Dönü)	Yüz başına 2 (toplam 10–12)	2,4 – 3,1 W	1,5 – 2,0 W	2S1P 18650 (19 Wh)
3U Gövdeye Monteli	Uzun yüz başına 6–7 (24–28)	6,8 – 8,2 W	4,3 – 5,2 W	2S2P 18650 (38 Wh)
3U Çift Açılır Kanat (Güneş Yönelimli)	21–28 Güneş'e bakan hücre	26 – 34 W	16,5 – 21,8 W	4S2P 18650 (76 Wh)
6U Dörtlü Açılır Kanat (Güneş Yönelimli)	48–56 Güneş'e bakan hücre	58 – 68 W	37,0 – 43,5 W	4S3P / 4S4P 18650 (115–150 Wh)

Açılır Dizili Güç Mimarisi

flowchart LR
  W1["+X Açılır Kanat"] --> MPPT1["MPPT Kanal 1"]
  W2["-X Açılır Kanat"] --> MPPT2["MPPT Kanal 2"]
  BODY["Gövde Panelleri"] --> MPPT3["MPPT Kanal 3"]
  MPPT1 --> BUS["Regülesiz Batarya Hattı (7,4V / 14,8V)"]
  MPPT2 --> BUS
  MPPT3 --> BUS
  BUS --> BAT["18650 Li-İyon Paket + Kapton Isıtıcı"]
  BUS --> CONV["DC/DC Regülatörler (3,3V, 5V, 12V)"]
  CONV --> ADCS["3 Eksenli Tepki Tekerlekleri"]
  CONV --> XBAND["X-Bant Güç Yükselteci (8–12 W)"]

Sonuç

Açılır güneş kanatları, 3U ve 6U CubeSat'ların yörünge ortalamasında >20–45 W sürekli güce ulaşmasını sağlayarak yüksek hızlı X-bant haberleşme ve aktif görev yüklerinin önünü açar.