Guerman, AnnaFigueiredo, Paulo de VasconcelosEspírito Santo, António Eduardo Vitória doJoão, AndréFerreira, Paulo Jorge2020-01-222021-10-082018-12-132018-10-8http://hdl.handle.net/10400.6/8562One of the major concerns of the descent phase of spacecraft missions are problems on communication with spacecraft that appear during its atmospheric re-entry. While the spacecraft moves at hypersonic velocity with respect to the atmosphere, the air is compressed and heated, generating a shock wave in front of the vehicle, and a plasma layer around it. As the spacecraft moves towards the planet, this plasma layer becomes increasingly dense causing communications disruption, significant attenuation or even total communications blackout. Applying the magnetic window method which suggests the use of a static magnetic field to open communication window, it is possible to manipulate the blackout. This dissertation is dedicated to the analysis of the payload for MECSE CubeSat mission currently under development in Portugal by a joint team of the UBI (University of Beira Interior) and CEiiA (Centre of Engineering and Product Development). The mission goal is to perform several measurements of the properties of the plasma layer around a 3U CubeSat and to manipulate these properties generating a static magnetic field on board. In order to manipulate the plasma layer, an analytical, numerical, and experimental study is performed to examine the behavior of the magnetic field (B), as a function of the distance from the magnetic field generator to the spacecraft surface. The strength of the magnetic flux density decreases as it moves away from the surface of the model, converging to a neutral state equal to zero. The FEMM 4.2™ open source software is used to create a model of an axisymmetric generator that provides 0.0375 tesla at a distance of 25mm from the generator surface; the configuration is selected to reduce the power demand. In the design phase, materials with high permeability for the core (Pure Iron) and for the winding with high conductivity (Copper Wire) are considered. The number of turns and current determine the magnitude of the magnetic flux density. Analysis of the construction and design parameters, in order to determine the final mass of the generator, matching MECSE CubeSat Experiment mass requirements (3U under 4 kg and 1,2 kg for the payload). After the design, a laboratory model is built, and the magnetic field is measured in different locations in order to validate the analytical model of the generator mass determination and FEMM 4.2™ software for magnetic constraints. Finally, this dissertation discusses the possibility to mitigate the blackout by creating a robust magnetic field generator capable to fit in one unit of the 3Us of the MECSE CubeSat.Durante a fase de reentrada atmosférica, o blackout de comunicações entre o veículo espacial e o centro de controlo ou satélite, é um fenómeno comum de todas as missões aeroespaciais. Enquanto o veículo espacial se desloca a velocidades hipersónicas em relação à atmosfera, o ar é comprimido e aquecido, gerando uma onda de choque na frente do veículo, assim como uma camada de plasma em torno do mesmo. À medida que a plataforma aeroespacial se move em direção ao planeta, essa camada de plasma irá tornar-se cada vez mais densa, causando a interrupção ou atenuação significativa das comunicações, levando mesmo ao blackout total. O método da janela magnética sugere a aplicação de um campo magnético, suficientemente robusto, de forma a manipular o blackout criando assim uma janela de comunicação. Esta dissertação é dedicada à análise da carga útil da missão MECSE CubeSat, atualmente em desenvolvimento em Portugal, por uma equipa conjunta da UBI (Universidade da Beira Interior) e do CEiiA (Centro de Engenharia e Desenvolvimento de Produto). O objetivo da missão é realizar diversas medições das propriedades da camada de plasma em torno de uma plataforma CubeSat 3U e manipular essas propriedades através de um campo magnético estático a bordo. De forma a manipular a camada de plasma, será proposto o estudo analítico, numérico e experimental acerca do comportamento do campo magnético (B), em função da distância à superfície da aeronave. À medida que se afasta da superfície do gerador de campo magnético a magnitude da densidade do fluxo magnético diminui, convergindo para um estado neutro, igual a zero. Através do software FEMM 4.2 ™ é criado um modelo cilíndrico gerador de campo magnético, que fornece 0.0375 tesla a uma distância de 25 mm da sua superfície; a configuração é idealizada de forma a reduzir a potência requerida. Na fase de design, foram considerados materiais com alta permeabilidade para o núcleo (Ferro Puro) e de alta condutividade para o enrolamento (Fio de Cobre). O número de voltas e a corrente induzida determinam a magnitude da densidade do fluxo magnético. A análise das propriedades geométricas e das características dos materiais, permite determinar a massa final do gerador, de acordo com os requisitos de massa da missão MECSE CubeSat (3U com menos de 4 kg, carga útil 1,2 kg). Posteriormente, o modelo é construído em laboratório e a densidade de fluxo magnético é medida em diferentes posições, com o objetivo de validar o modelo analítico de determinação de massa do gerador e os resultados numéricos do software FEMM 4.2 ™ para restrições magnéticas. Finalmente, esta dissertação discute a possibilidade de mitigar o blackout criando um gerador de campo magnético compatível com uma unidade dos 3Us do MECSE CubeSat.engComunicação Blackout de ReentradaDensidade do Fluxo MagnéticoManipulação de Campo MagnéticoMecse CubesatMitigação de PlasmaReentrada Atmosféricamaster thesis202361730