Conceptualization and modelling of a gateway structure for satellite communication.

Abstract

The main objective of this work is to develop a structure with the purpose of sharing data via satellite in remote locations, so it is done a conceptualization of a structure responsible to hold the necessary components, a solar panel, and a box with hardware. Considering the wind effect, a design and static simulation were done to evaluate the material, thickness design and connection between structures. Was used the Solidworks®program.The structure must have a minimum height of 2 m for the antenna location and to collect energy radiation from the sun using solar panels. For the purpose of transportation, the structure must be disassembled into modular components to have a smaller package volume. The pole is divided into two poles, and the connection between them will be done by pins, this design is simulated together with the thickness and material evaluation. The results lead us to choose a structural steel S275, with a minimum pole thickness of 3 mm, minimum of 40 mm first pole diameter, 10 mm pin diameter and penetration between poles of 50 mm.The industry has several parametrised designs, which fulfil the results obtained. Buying the materials from big warehouses would be the cheapest solution, but these warehouses only sell materials in big quantities and they don´t offer the labour to weld and work. Being SPACEWAY a small company that doesn´t have the people available to work in this kind of area, the best option is to go to the companies that are specialized in this work.The fixture of the structure is also considered in this study. There were three modes possible to fix, a cement shoe, burry the pole around 50 cm in the ground and a base to be filled with sand or water. The cement shoe is not practical but is the best and most reliable way. Burry the pole as seen in the field is not practical. It depends on the soil and demands physical strength. As so, is calculated a base capable of resisting 32.4 m/s of wind velocity.At last, was made a study of the box of hardware. Being all year exposed to the sun and a big variation of temperature, the inside of the box can get huge temperatures capable of damaging the components inside and getting moister. Thus, studies to improve box ventilation were taken into consideration. A new box design was performed with the purpose of creating a natural airflow and establishing a layout of the components. For this, an initial CAD and printed using a 3D printer. Although not justified to print a full box, being the time of printing too long as was seen, there were some improvements in the component’s layout, such as fixing correctly the components, easy access, customization and better heat transfer.

O principal objetivo do trabalho apresentado é desenvolver uma estrutura com a finalidade de compartilhamento de dados via satélite em locais remotos. Assim, é feita a conceptualização de uma estrutura capaz de conter os componentes necessários, um painel solar, e uma caixa com hardware.Considerando o efeito do vento, foi dimensionada uma estrutura de acordo com os resultados encontrado por simulações à estática, assim como escolhido o material. Para isso foi utilizado o programa Solidworks®.Esta estrutura deve ter uma altura mínima de 2 m para a localização da antena e para coletar a radiação de energia do sol por meio de painéis solares. Para fins de transporte, a estrutura deve ser desmontada em componentes modulares, de modo a ter um volume de embalagem menor.O poste é dividido em dois postes, sendo a ligação entre eles feita por pinos, este projeto é simulado juntamente com a avaliação da espessura e do material. Os resultados conduziram à escolha de um aço estrutural S275, com espessura mínima do poste de 3 mm, diâmetro mínimo do primeiro poste de 40 mm, diâmetro do pino de 10 mm e penetração entre os postes de 50 mm.A indústria possui diversos projetos parametrizados, que atendem aos resultados.Comprar os materiais de grandes armazéns seria a solução mais barata, mas esses armazéns só vendem materiais em grandes quantidades e não oferecem mão de obra para soldar e trabalhar. Sendo a SPACEWAY uma pequena empresa que não tem pessoas disponíveis para trabalhar neste tipo de área, a melhor opção é recorrer a empresas especializadas neste trabalho.A fixação da estrutura também é considerada neste estudo. Foram considerados três modos possíveis de fixação, uma sapata de cimento, enterrar o poste cerca de 50 cm no solo e uma base para ser preenchida com areia ou água. A sapata de cimento não é prático, mas é o modo mais seguro. Enterrar o poste como visto no campo não é prático, depende do solo e exige força física. Assim, calculou-se uma base capaz de resistir a 32,4 m/s de velocidade do vento.Por fim, foi feito um estudo da caixa para colocar o hardware. Estando o ano todo exposto ao sol, e a uma grande variação de temperatura, o interior da caixa pode atingir altas temperaturas capazes de danificar os componentes internos, assim como ganhar humidade. deste modo, estudos para melhorar a ventilação da caixa foram tidos em consideração. Um novo design de caixa foi realizado com o objetivo de criar um fluxo de ar natural e estabelecer um layout dos componentes. Para isso foi feito um CAD inicial e impresso em impressora 3D. Apesar de não se justificar imprimir uma caixa completa, sendo o tempo de impressão muito longo como se viu, houve algumas melhorias no layout do componente, tal como um bom afixamento, facilidade de montagem, e dissipação de calor.