To leave Earth’s gravity well and ascend into Cislunar space takes ingenuity, and the engineering feats of many. Now to propel humanity further into space, rockets will need assistance to provide the large requirements of mass to be used for space structures. Tsiolkovsky’s Rocket Equation greatly limits the advantages of rockets and leaves an opening for Space Elevators to assist in a dual space access approach. By moving a large amount of mass routinely, efficiently, environmentally friendly and with daily launches towards space. Along with the apex anchor situated at 100,000 km for emergency assistance across all Cislunar space, and to act as both storage facilities and a construction zone. Space Elevators are the railway to space and can supplement rockets by transforming how mass is transported to Cislunar space and beyond. / Att lämna jordens gravitationsbrunn och stiga upp i Cislunar-rymden kräver uppfinningsrikedom och mångas ingenjörsprestationer. För att nu driva mänskligheten längre ut i rymden kommer raketer att behöva hjälp för att tillhandahålla de stora kraven på massa som ska användas för rymdstrukturer. Tsiolkovskys raketekvation begränsar i hög grad fördelarna med raketer och lämnar en öppning för rymdhissar för att hjälpa till med en dubbel rymdtillgång. Rymdhissar kan att flytta en stor mängd massa rutinmässigt, effektivt, miljövänligt och med dagliga uppskjutningar mot rymden. Apex-ankaret som ligger på 100 000 km kan fungera för nödhjälp över hela Cislunar-utrymmet och som både lagringsutrymmen och en konstruktionszon. Rymdhissar är järnvägen till rymden och kan komplettera raketer genom transformation hur massa transporteras till Cislunar rymden och bortom.

In order to satisfy the mechanical requirements for space structures, achieving lightweight designs is of the greatest significance. The primary focus of this study is the utilization of Kelvin cell core in the design of sandwich structures for space applications. The research encompasses a variety of production techniques, analyzes, and tests related to the design of sandwich structures with Kelvin cells as the core material. While a variety of configurations are evaluated in a general sense, particular configurations are examined in greater extensive detail. In this context, the structure's bending stiffness, compression stiffness, and vibration characteristics are analyzed. The analytical procedure begins with a simplified structure analysis, followed by the modeling of the actual geometry. According to applicable standards, stiffness values are calculated based on the deflection results of the analyzes. However, it is important to note that the tests performed on the modeled structures are conducted in a laboratory environment using additively manufactured samples. This permits a comparison between the obtained test results and the findings of the analyzes, shedding light on the effect of the manufacturing method. This study demonstrates that the honeycomb sandwich structure is superior in terms of overall stiffness. In addition, a specially designed reinforced Kelvin Cell structure possesses exceptional bending rigidity properties. In light of these findings, it is clear that the combination of Kelvin Cell core and specific reinforcement strategies has the potential to improve the mechanical performance of sandwich structures. In addition, the deformation results revealed by the analyzes showed that the structure can be deformed in large amounts in directions other than the direction of the force it is exposed to. This situation is of great importance for damping in space applications. As a result of vibration analyzes and tests, the effect of stiffness and mass increase in a certain direction on natural frequencies has been revealed, and with 3-point bending tests, the facing elastic modulus and core shear modulus values of the structure have been determined separately and its effect on the sandwich structure has been shown. Accordingly, this study examined and evaluated many aspects of the possible role of the Kelvin Cell in space applications. / För att tillgodose de mekaniska kraven på rymdkonstruktioner är det av största vikt att uppnå lätta konstruktioner. Det primära fokuset för denna studie är utnyttjandet av Kelvin-Cellkärna vid design av sandwichstrukturer för rymdtillämpningar. Forskningen omfattar en mängd olika produktionstekniker, analyser och tester relaterade till design av sandwichstrukturer med Kelvin-Celler som kärnmaterial. En mängd olika konfigurationer utvärderas generellt, medan vissa specifika konfigurationer undersöks mer utförligt på detaljnivå. I detta sammanhang analyseras strukturens böjstyvhet, kompressionsstyvhet och vibrationsegenskaper. Den analytiska proceduren börjar med en förenklad strukturanalys, följt av modellering av den faktiska geometrin. Enligt gällande standarder beräknas styvhetsvärdena baserat på strukturanalysens resultat. Det är dock viktigt att notera att de tester som utförs på de modellerade strukturerna utförs i en laboratoriemiljö med hjälp av additivt tillverkade prover. Detta möjliggör en jämförelse mellan de erhållna testresultaten och resultaten av analysen, vilket belyser effekten av tillverkningsmetoden. Denna studie visar att sandwichstrukturen honeycomb är bäst när det gäller total styvhet. Dessutom har en specialdesignad förstärkt Kelvin-Cellstruktur exceptionella böjstyvhetsegenskaper. I ljuset av dessa fynd är det tydligt att kombinationen av Kelvin-Cellkärna och specifika förstärkningsstrategier har potential att förbättra den mekaniska prestandan hos sandwichstrukturer. Dessutom visade deformationsresultaten från analyserna att strukturen kan deformeras till hög grad i andra riktningar än den kraft som den utsätts för. Denna iaktagelse är av stor betydelse för dämpning i rymdapplikationer. Som ett resultat av vibrationsanalyser och tester har effekten av styvhet och massökning i en viss riktning på naturliga frekvenser upptäckts, och med 3-punkts böjtester har konstruktionens elasticitetsmodul och skjuvmodulsvärden bestämts separat och dess effekt på sandwichstrukturen har visats. Följaktligen undersökte och utvärderade denna studie många aspekter av Kelvin-Cellens möjliga roll i rymdtillämpningar.

Satellite constellation design has been a well-studied problem since the beginning of the space age. In recent years new concepts and approaches tried to solve it with fewer satellites whilst guaranteeing coverage to the areas of interest, whether globally or regionally. This thesis introduces a novel approach based on the repeating ground track concept. It then links and converts the constellation design problem to a Set Cover problem. Although it is NP-hard, the Greedy Algorithm is capable to approximate the solution in a polynomial time with a logarithm ratio. An application of the non-symmetric strategy is illustrated with in 36 different scenarios, where altitude, sensor swath and time requirement are varied. In addition to that, a comparison with the Walker constellation on 6 scenarios is analyzed and discussed. In most cases the non-symmetric strategy produces constellations with significantly less satellites required. / Satellitkonstellationsdesign har varit ett väl studerat problem sedan början av rymdåldern. Under de senaste åren har nya koncept och tillvägagångssätt försökt lösa det med färre satelliter samtidigt som de garanterar täckning till intresseområdena, globalt eller regionalt. Detta examensarbete introducerar ett nytt tillvägagångssätt baserat på konceptet med återkommande markspår. Den länkar sedan och konverterar konstellationsdesignproblemet till ett Set Cover-problem. Även om problemet är NP-hårt, är den giriga algoritmen kapabel att approximera lösningen under polynomtid med ett logaritmförhållande. En tillämpning av den icke-symmetriska strategin illustreras med i 36 olika scenarier, där höjd, sensorsvep och tidsbehov varieras. Utöver det analyseras och diskuteras en jämförelse med Walker-konstellationen på 6 scenarier. I de allra flesta fall producerar den icke-symmetriska strategin konstellationer med betydligt färre satelliter.

Microwave curing has become a trend in composite processing due to its efficiency in energy consumption compared to the traditional curing method. However, as commonly found in every composite processing, controlling the microwave curing process remains challenging. The most feasible control method is to build a numerical model. In this report, the numerical model was developed to simulate the microwave heating of cured and uncured glass/epoxy samples. The objective of cured sample simulation was to obtain the average electric field intensity generated in the composite, which was then used in the uncured sample simulation. Meanwhile, three methods of microwave heating to the uncured samples were suggested, i.e. heating with constant electric field intensity, heating with non-constant electric field intensity, and heating with concentrated electric field intensity. The simulation was further expanded by combining microwave heating with contact heating to improve the curing state on the corner section. The simulation showed a reasonable temperature evolution trend for all three microwave-heated methods of an uncured sample. However, they are all different from the experiment result. Meanwhile, a high temperature in the core layer was observed in all simulations with a gradual temperature decline toward the outer layer, as expected from a microwave heated object. Finally, a decent degree of cure was obtained by employing additional contact heating without involving microwaves. / Mikrovågsbaserad härdning har blivit en trend inom komposittillverkning på grund av dess energieffektivitet jämfört med den traditionella härdningsmetoden. Men precis som i all komposittillverkning är det fortfarande utmanande att kontrollera mikrovågshärdningsprocessen. Den mest genomförbara kontrollmetoden är att bygga en numerisk modell. I den här rapporten utvecklades en numerisk modell för att simulera mikrovågvärmning av härdat och ohärdat glas/epoxiprover. Målet med simuleringen av de härdade proven var att få fram den genomsnittliga intensiteten av det elektriska fältet som genereras i kompositen, vilket sedan användes i simuleringen av de ohärdade proven. Samtidigt föreslogs tre metoder för mikrovågshärdning av de ohärdade proven, nämligen uppvärmning med konstant intensitet av det elektriska fältet, uppvärmning med varierande intensitet av det elektriska fältet och uppvärmning med koncentrerad intensitet av det elektriska fältet. Simuleringen utökades sedan genom att kombinera mikrovågshärdning med kontaktuppvärmning för att förbättra härdningsgraden i hörnsektionen. Simuleringen visade en rimlig temperaturutveckling för alla tre metoder för mikrovågsuppvärmda ohärdade prov. Dock skiljer de sig alla från experimentresultatet. Samtidigt observerades en hög temperatur i kärnskiktet i alla simuleringar med gradvis temperatursänkning mot ytterlagret, vilket förväntas hos ett mikrovågsuppvärmt objekt. Slutligen uppnåddes en acceptabel härdningsgrad genom mot sluret addera kontaktuppvärmning utan mikrovågor.

This thesis investigates sound transmission loss through flat finite panels using composite materials, which incorporate both carbon and flax fibres. The study wascarried out by performing FEM simulations developed and validated in steps. Thevalidation process was time-consuming but crucial in ensuring the model’s reliability.The analysis demonstrates the relationship between the panels’ mass, stiffness, andsound reduction effectiveness by studying the sound transmission loss for a flat plate.The results show how by adjusting the plate’s stiffness, thickness, and mass one cancontrol its reaction to the incoming sound. This allows resonance frequencies to beshifted away from critical points and avoids coincidence frequencies. By understanding the acoustic behavior of composite panels, this research contributes to improvingsoundproofing properties while preserving their mechanical advantages. In an era ofgrowing demand for better acoustic performance in the automotive industry, exploring innovative methods to optimize the sound transmission loss of composite panelsis essential. / Denna studie undersöker ljudöverföringsförluster genom platta finita paneler sombestår av kompositmaterial, som innehåller både kol- och linfiber. Studien utförFEM-simuleringar som utvecklats och validerats i steg. Valideringsprocessen vartidskrävande men avgörande för att säkerställa modellernas tillförlitlighet. Analysenvisar sambandet mellan panelernas massa, styvhet och ljudreducerande effektivitetgenom att studera ljudtransmissionsförluster för en platt panel. Resultatet visarhur justering av plattans styvhet, tjocklek och massa kan styra dess reaktion på detinkommande ljudet, vilket gör att resonansfrekvenser kan flyttas bort från kritiskapunkter och undvika sammanfallande frekvenser. Genom att förstå det akustiskabeteendet hos kompositpaneler bidrar denna studie till att förbättra ljudisoleringsegenskaperna samtidigt som deras mekaniska fördelar bevaras. I en tid av växande efterfrågan på bättre akustisk prestanda inom bilindustrin, blir det viktigt att utforska innovativa metoder för att optimera ljudöverföringsförlusten hos kompositpaneler.

GKN Aerospace AB, Sweden (GAS) is one of the leading companies taking up the charge in manufacturing components using Additive Manufacturing(ed) (AM) techniques in the aerospace sector. They are a hub of engineering and they are a supplier of engine and engine components to the world’s leading aero-engine manufacturers, and airframes to civil and military aircraft manufacturers. A phenomenon that is of interest to designers at GAS is the effects of dwell times on high temperature fatigue, especially how this phenomenon affects the fatigue properties of Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Inconel 718 (IN718). IN718 is a versatile alloy that can be used at relatively high temperatures and has excellent weldability and is one of the newer materials replacing expensive materials such as Titanium (and its alloys) in the aerospace industry. The aerospace industry has been pushing for an increase in parts manufactured using AM processes because of the advantage the AM process grants to the production process, however a new manufacturing process for an industry needs to be studied and researched from a failure perspective, i.e. the prominent mode of failure for components manufactured using AM and the underlying factors influencing the failure mechanism must be studied. This thesis explores a solution to predict the life of components based on experimental crack propagation tests wherein the test specimens were subjected to the phenomenon mentioned above. A literature survey was conducted researching ways to model this phenomenon and the factors affecting it. The methods found in the literature survey were far too complex to model for the purposes of this thesis, additionally the methods described in the literature were empirical methods describing the phenomenon, rather than a fundamental study of factors causing the phenomenon and ways to model their influence on the life of the component. Hence, a simple method based on the Palmgren-Miner linear damage summation rule which was coded in the form of a FORTRAN code was utilized to compute the life of the components. Software runs predicting life of physical experiments were conducted and inferences about the predictive method were drawn. The limitations of this method were understood and possible solutions were explored, based on which conclusions were drawn regarding the method’s efficacy in predicting the life of the specimens that underwent dwell loading during fatigue cycling. Finally, the method was applied to a case study to understand the effectiveness of the method. / GKN Aerospace AB, Sverige (GAS) är ett av de ledande företagen som tar upp kampen vid tillverkning av komponenter med hjälp av additiv tillverkning (AM) inom flyg- och rymdsektorn. De är ett nav för ingenjörskonst och de är en leverantör av motorer och motorkomponenter till världens ledande tillverkare av flygmotorer, och civila och militära flygplanstillverkare. Ett fenomen som är av intresse för designers på GAS är effekterna av uppehållstider på högtemperaturutmattning, särskilt hur detta fenomen påverkar utmattningen egenskaper hos Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Inconel 718 (IN718). IN718 är en mångsidig legering som kan användas vid relativt höga temperaturer och har utmärkt svetsbarhet och är ett av de nyare materialen som ersätter dyra material såsom titan (och dess legeringar) inom flygindustrin. Flygindustrin har drivit på för en ökning av delar som tillverkas med additiva tillverkningsprocesser på grund av den fördel som tillverkningsprocessen ger en ny tillverkningsprocess för en industri behöver dock studeras och forskat ur ett misslyckandeperspektiv, dvs. det framträdande sättet att misslyckas för komponenter som tillverkats med hjälp av additiv tillverkning och de bakomliggande faktorer som mekanismen måste studeras. Denna avhandling utforskar en lösning för att förutsäga livslängden för komponenter baserat på experimentella sprickutbredningstester där provexemplaren utsattes för fenomenet som nämns ovan. En litteraturstudie genomfördes för att undersöka olika sätt att modellera detta fenomenet och de faktorer som påverkar det. Metoderna som framkom i litteraturstudien var alldeles för komplexa för att modellera för denna avhandling, dessutom är metoderna som beskrivits i litteraturen var empiriska metoder som beskriver fenomenet, snarare än en grundläggande studie av de faktorer som orsakar fenomenet och sätt att modellera deras inverkan på komponentens livslängd. Därav en enkel metod baserad på Palmgren-Miners linjära skadesummeringsregel som kodades i form av en FORTRAN-kod användes för att beräkna livslängden för komponenterna. Programvarukörningar som förutspådde livslängden för fysiska experiment genomfördes och slutsatser om den prediktiva metoden drogs. Begränsningarna med denna metod förstods och möjliga lösningar utforskades. Som låg till grund för de slutsatser som drogs om metodens effektivitet när det gäller att förutsäga livslängden för de prover som genomgick uppehållsbelastning underutmattningscykling. Slutligen tillämpades metoden på en fallstudie för att förstå effektiviteten avmetod.

Optimization of flight operations is a way to reduce the impact of aviation on the environment and make the use of airspace more effective. Reductions in fuel consumption and flight time are further desired by airlines to minimize operational costs. The flight planning tools of today optimize the vertical profile with the knowledge of wind conditions at different altitudes. Cost optimal speeds are however currently selected by the aircraft computer itself. Because this selection is performed locally and with limited data, e.g., weather, there is reason to believe speeds could be further optimized for an overall lower cost. This work presents a model constructed to optimize speeds through the implementation of modified cost indices along the cruise phase of a flight for minimized cost including fuel and time consumption. First, the effects of different parameters on the economical speed chosen by the aircraft are presented. A brute force approach is then used to establish optimal cost index selection when all possible paths are evaluated. From this, a speed optimizing dynamic programming model is constructed to find optimized cost index paths. Results of the model show reductions in flight costs, presented as either a fuel or a time reduction. Conclusions are derived from the test results to suggest improvements of the model and the next steps for aircraft flight speed optimization. / Optimering av flygverksamhet är ett sätt att minska påverkan av flygindustrin på miljön och effektivisera användandet av luftrummet. Minskningar av bränsleförbrukning och flygtid är vidare efterfrågat av flygbolag för minimering av flygverksamhetskostnader. Dagens planeringsverktyg optimerar den vertikala flygprofilen med information om vindförhållanden på olika altituder. Kostoptimala hastigheter väljs däremot av flygmaskinen själv i nuläget. I och med att dessa val utförs lokalt och med begränsad information, bland annat om väder, finns det anledning att ana att hastigheter kan optimeras ytterligare för att sänka helhetskostnader. Detta arbete presenterar en modell skapad för att finna optimerade hastigheter som implementeras med modifierade kostindex längs sträckflygningsfasen av en flygning för minimerad kostnad inkluderande bränsle- och tidkonsumption. Först presenteras effekten av olika parametrar på den ekonomiska hastigheten vald av flygdatorn. En brute force-metod används sedan för att fastställa den optimala kostindex banan då samtliga möjliga vägar utvärderas. Utifrån detta skapas en dynamisk programmeringsmodell för hastighetsoptimering för att finna en optimal kostindex bana. Resultat från modellen visar minskade flygkostnader i form av antingen bränsle- eller tidsbesparingar. Slutsatser dras utifrån testresultaten för att föreslå förbättringar av modellen och nästa steg för optimering av hastighet för flygplan.

The lightning is the natural source of electromagnetic radiation. It is an atmospheric electrical discharge.  However, since recent times, it was discovered that there are other types of lightning besides those that are visible to the naked eye. They are called TLEs (Transient Luminous Event) and take place above the clouds during thunderstorms. Distinct classification is applied to the various existing TLEs in compliance with their shapes, size, color, altitude, origin and duration. Thus, all Transient Luminous Events are categorized to the following types: elves, spites, halos, blue jets, blue starters, gigantic jets, trolls, gnomes, pixies and ghosts. TLE investigation missions are important for several scientific purposes. They allow to gain an understanding of the lightning creation processes, contribution on global electric circuits as well as chemical influence on the Earth’s climate.  TLE observations can be performed by lightning detection and location systems which differs according to their location. They can be ground-based, space-based as well as carried on aircraft or balloon. Lightning location systems in space are usually conducted on large-, medium- or micro-sized satellites.  The main scope of this thesis is to explore and describe all possible and known methods and techniques of TLE investigation as well as discussions of gained observation results for better understanding and further analysis of more suitable instruments for TLE detection mission on LEO orbit. Analysis of suitable equipment will be done according to the conclusion made from considered lightning detection systems with similar missions and pursuant to nanosatellite requirements.

The ability to control the trajectory and understanding the atmospheric effects on the flight performance of a scientific high altitude balloon has long been an aspiring ambition. This thesis work analyses the thermal and optical environments at float using the simulation software, ANSYS FLUENT. The objectives for this thesis were to evaluate how the solar angle, sunshine factor and the ground emissivity altered the altitude for the balloon during floating condition in Steady-state simulations. A transient simulation was conducted to evaluate the diurnal cycle effects on the altitude of the balloon. The understanding of how the parameters influence the altitude will make it possible to autonomously route the balloon to desired altitudes where you have a favorable wind direction. Performing steady-state simulations showcased the significance of certain parameters. Different solar angles greatly influenced the temperature gradient on the balloon and hence a larger lifting force acted on the balloon when the sun was at its highest point. Varying the cloudiness mostly affected the maximum temperature distribution and did not affect the minimum temperature distribution. The steady-state simulations also indicated a limited but noticeable dependence on the ground emissivity. From the transient simulations it was further enhanced how great of influence the solar angle have, which was illustrated by running diurnal cycles. It was also apparent that there are great differences depending on the seasons. For future applications, it would be of interest to investigate the effects caused by wind velocities in the steady-state case. A comparative analytic solution should be performed in order to validate the simulation results.

Additive manufacturing (AM) techniques are being studied for their application in the aerospace industry. Numerous benefits come from the already in shape final piece, which needs reduced amount of prime material for its production and can have its shape numerically optimized for weight reduction. Austenitic stainless steels (AuSS) are widely used in aerospace and their manufacturing through AM is a popular research topic in order to accelerate their effective incorporation in air-crafts and spaceships. The special microstructures of AM has been observed with characterization techniques. The present work studies the high temperature stability of three AuSS (316L, MOD-316 and 21-6-9) considering two approaches; surface corrosion and microstructure evolution. First, for high temperature corrosion, thermogravimetric analysis has been performed from 850°C to 1150°C. From the results, kinetic analysis were performed and the activation energy was extracted from Arrhenius fits. Two mechanism were found for alloy 316L (first 435.41 kJ/mol and second 593.24 kJ/mol) and MOD-316 (first 740.01 kJ/mol and second 495.58 kJ/mol). Further SEM observations on the scales have shown Ni diffusion through the chromia scale in MOD-316 alloy, which could explain the higher oxidation rates at 1150°C. Alloy 21-6-9 has the best passivation behaviour with an activation energy of 190.47 kJ/mol. Secondly, long heat treatment (HT) at 725°C in air atmosphere has been performed, for 24 and 240h. Samples were initially as-built or annealed (900°C for 1h), to compare the effect of the HT on the microstructure evolution and precipitates formation. LOM observation showed preferable nucleation in grain boundaries (GB), an increment of the number of precipitates and a growth towards elongated shapes following GB with increased time. It was also observed a reduction in precipitates number with the annealing HT for all the alloys. XRD, SEM and EDS analysis has been carried out to identify the structure and composition of the precipitates. Various chromium, tungsten, copper, molybdenum and niobium carbides and oxides have been found in MOD-316. Higher porosity is observed in 21-6-9, that presented mainly chromium oxides, carbides and nitrides in GB and surrounding the AM defects. / SeSSA