A next generation nanosatellite bus is under development at the University of Toronto’s Space Flight Laboratory (SFL), and is being used for the first time in an ambitious Earth observation mission to identify and monitor atmospheric aerosol species. The spacecraft system brings together novel advanced designs that expand the capability envelope of nanosatellites, with heritage SFL technology that is presently defining the state-of-the-art in microspace applications. The work presented in this thesis pertains primarily to the development of the structural subsystem of the Nanosatellite for Earth Monitoring and Observation – Aerosol Monitor (NEMO-AM). Described extensively are the design and analysis efforts made by the author to validate and finalize the structural design in order to bring it to a manufacturing-ready stage. Subsequent work to meet the mechanical requirements of ground operations during the assembly and testing of the spacecraft is also presented.

A next generation nanosatellite bus is under development at the University of Toronto’s Space Flight Laboratory (SFL), and is being used for the first time in an ambitious Earth observation mission to identify and monitor atmospheric aerosol species. The spacecraft system brings together novel advanced designs that expand the capability envelope of nanosatellites, with heritage SFL technology that is presently defining the state-of-the-art in microspace applications. The work presented in this thesis pertains primarily to the development of the structural subsystem of the Nanosatellite for Earth Monitoring and Observation – Aerosol Monitor (NEMO-AM). Described extensively are the design and analysis efforts made by the author to validate and finalize the structural design in order to bring it to a manufacturing-ready stage. Subsequent work to meet the mechanical requirements of ground operations during the assembly and testing of the spacecraft is also presented.

[pt] O micro-satélite Franco-Brasileiro é um satélite científico, projetado em conjunto pelo Brasil e França. O satélite será lançado pelo foguete ARIANE 5. Em função do lançador, a estrutura do satélite deve satisfazer certas restrições como: a massa total de 100 kg, sendo a massa estrutural máxima de 10,50 kg, e primeira frequência lateral maior que 50 Hz. O projeto inicial do satélite obteve massa estrutural igual a 9,89 kg e frequência lateral igual a 18,57 Hz. O valor da frequência está muito longe da mínima exigida, e para aumentá-la sem ultrapassar a massa permitida usou-se a otimização estrutural e análise de sensibilidade. Após a otimização o modelo atingiu a frequência de 23,89 Hz e a massa passou de 9,89 para 10,50 kg. A análise de sensibilidade mostrou que o painel inferior do satélite era o mais sensível em relação a frequência. Foi proposto um novo projeto reforçado com o acréscimo de enrijecedores sob o painel inferior. Foram analisadas cinco alternativas de projeto com diferentes arranjos dos enrijecedores. Destas cinco alternativas, optou-se por trabalhar com os projetos das alternativas 2 e 3 que apresentaram os melhores resultados. Um projeto apresentou frequência de 30,88 Hz e o outro frequência de 32,32 Hz. Os dois projetos ultrapassaram a massa máxima , 10,70 kg e 11,24 kg, respectivamente. A otimização realizada aumentou a frequência e reduziu a massa ao mesmo tempo. A maior frequência obtida foi a do terceiro projeto que passou de 32,32 para 33,16 Hz. O critério de projeto que exige que a primeira frequência lateral seja maior que 50 Hz terá que ser resvisto, pois é muito difícil de ser alcançado para um limite de massa estrutural de 10,50 kg com certas restrições geométricas que também têm que ser levadas em conta. Esta mudança de critério deverá ser negociada com os projetistas do foguete ARIANE 5. / [en] The French-Brazilian Micro-Satellite is a scientific satellite designed by France and Brazil. The satellite will be launched by the rocket ARIANE 5. The layout of the satellite was conceived to satisfy certain structural constraints such as: structural mass below 10.50 kg and first lateral frequency greater than 50 Hz. The initial design of the satellite has structural mass of 9.89 kg and first lateral frequency of 18.57 Hz. This frequency is far away from the minimum required. Therefore, changes had to be made in order to increase the first lateral frequency without violating the constraint of a maximum structural mass of 10.50 kg. The sensitivity analysis showed that the frequency was much more sensit ive to changes on the lower panel of the satellite. It was proposed a change with the purpose of stiffening the lower panel. Five reinforced design projects were analyzed. Two design projects were chosen which presented the best results. One project has a first lateral frequency of 30.88 Hz and the other one a frequency of 32.32 Hz. The two projects violated the structural mass constraint, with 10.70 kg and 11.24 kg, respectively. The optimization increased the frequency and reduced the structural mass at the same time. The largest frequency obtained was the one of the third project whose frequency was 33.16 Hz. The requirement related to the minimum frequency will have to be modified because it is very difficult to be satisfied by a structure with 10.50 kg of mass. / [es] Este trabajo describe un sistema gráfico interactivo, denominado FTOOL (Frame Analysis Tool), para la enseñanza y automatización de las tareas del proyecto extructural de pórticos planos. En este trabajo se consideran las tareas de dimensionamiento de extructuras de acero según la Norma Canadiense de proyectos de extructuras de acero en edificaciones - CAN/CSA-S16.1-94. La integración completa de las fases de preprocesamiento, análisis extructural, posprocesamiento y dimensionamientos, a través de una interface amigable y eficiente, crea un ambiente donde los resultados de un paso de la modelaje pueden ser interpretados por el estudiante y utilizados como información para determinar las modificaciones del paso siguiente. Experimentar diferentes concepciones extructurales lleva a los estudiantes a una mejor comprensión del comportamiento extructural y de las fases de dimensionamiento de los pórticos. Con las implementaciones realizadas en el programa FTOOL, los estudiantes de ingeniería y los ingenieros civiles ganarán rapidez en la ejecució de un proyecto ya que es posible realizar varias análisis en un corto espacio de tiempo para una misma extructura, probando diferentes tipos de perfiles metálicos. Con tal recurso, el usuario define una extructura más económica que puede atender las solicitudes previstas en el proyecto. El sistema permite también, probar posibles padronizaciones de elementos con el objetivo de facilitar la fabricación y el montaje. Los criterios de dimensionamiento implantados en el programa permiten a los usuarios no solo automatizar las etapas sino también explorar mejor las posibilidades de entender los modos de ruína de los elementos extructurales y los parámetros controladores del dimensionamiento de la extructura metálica. Estas etapas comprenden desde la determinación de la clase hasta el cálculo de los estados límites últimos y la utilización de los perfiles de la extructura. Los resultados realizados en la extructura pueden ser visualizados como un todo o a través de consultas individuales, barra a barra. La memoria de cálculo generada por el programa auxilia a los alumnos en el estudio de todas las etapas del proceso de dimensionamiento extructural en acero. 1268 El micro-satélite Franco-Brasileiro es un satélite científico, proyectado en conjunto por Brasil y Francia. El satélite será lanzado por el foguete ARIANE 5. En función del lanzador, la extructura del satélite debe satisfacer ciertas restricciones como: masa total de 100 kg, considerando la masa extructural máxima de 10,50 kg, y primera frecuencia lateral mayor que 50 Hz. El proyecto inicial del satélite consiguió masa extructural igual a 9,89 kg y frecuencia lateral igual a 18,57 Hz. El valor de la frecuencia está muy lejos de la mínima exigida, y para aumentarla sin ultrapasar la masa permitida se utilizó optimización extructural y análisis de sensibilidad. Después de la optimización, el modelo alcanzó frecuencia de 23,89 Hz y la masa pasó de 9,89 para 10,50 kg. El análisis de sensibilidad mostró que el panel inferior del satélite era el más sensible en relación a la frequencia. Fue propuesto un nuevo proyecto reforzado con la adición de enrijecedores bajo el panel inferior. Fueron analizadas cinco alternativas de proyecto con diferentes arreglos en los enrijecedores. De estas cinco alternativas, se optó por trabajar con los proyectos de las alternativas 2 y 3 que presentaron los mejores resultados. Uno de los proyectos presentó frecuencia de 30,88 Hz y el otro, frecuencia de 32,32 Hz. Ambos ultrapasaron la masa máxima, 10,70 kg y 11,24 kg, respectivamente. Al optimizar, se produjo un aumento de la frecuencia al mismo tiempo que se redujo la masa. La mayor frecuencia que se obtuvo fue la del tercer proyecto que pasó de 32,32 para 33,16 Hz. El criterio de proyecto que exige que la primera frecuencia lateral sea mayor que 50 Hz tendrá que ser resvisado, pues resultó muy difícil de alcanzar para un límite de masa extructural de 10,50 kg con ciertas r