فهرست مطالب

علوم و فناوری فضایی - سال سیزدهم شماره 3 (پیاپی 44، پاییز 1399)

نشریه علوم و فناوری فضایی
سال سیزدهم شماره 3 (پیاپی 44، پاییز 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/11/14
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مهران نصرت الهی*، محمد فاتحی، امیرحسین آدمی صفحات 1-16
    بلوک های انتقال مداری وظیفه ی انتقال ماهواره ها از مدار پارکینگ به سایر مدارهای هدف را دارند، در این مقاله به طراحی چند موضوعی بهینه یکی از مهم ترین زیر سیستم های آن یعنی زیرسیستم پیشرانش و از نوع دومولفه ای مایع، به صورت چندهدفه مبتنی بر حداقل جرم و حداکثر ضربه مخصوص پرداخته شده و درنهایت به مقایسه هزینه ای آن نیز اشاره ای گردیده است. برای ترکیب های NTO (اکسید نیتروژن) به عنوان اکسیدانت و سوخت های UDMH ، MMH ، Hydrazine و RP-1 (کراسین-نوع1) و برای سازه های معمول مورد استفاده در این سیستم ها طراحی و بهینه سازی توسط الگوریتم ازدحام ذرات (PSO) هیبریدی چند هدفه صورت گرفته است.
    کلیدواژگان: بلوک انتقال مداری، طراحی سیستمی، سیستم پیشرانش دومولفه ای، الگوریتم ازدحام ذرات هیبریدی
  • پیمان علی پرست* صفحات 17-24
    در این مقاله طراحی، ساخت و تست زیرمجموعه ثبت داده های آکوستیک 24 بیتی برای کپسول زیستی کاوشگر پژوهش تشریح می شود. زیرمجموعه طراحی شده از حسگر آکوستیک 4942 شرکت بی اند کی استفاده و اطلاعات خوانده شده را به جهت افزونگی در یک کارت میکرو اس دی ذخیره می نماید. سرعت نمونه گیری 48000 نمونه در ثانیه و پهنای باند زیرمجموعه ثبت داده 4 تا 23 کیلو هرتز اندازه گیری شده است. با توجه به محدودیت های تجهیزات آزمایشگاهی، رنج دینامیکی در حدود 113 دسی بل اندازه گیری شده است که منجر به تشخیص سیگنال های آکوستیکی مابین 27 دسی بل تا 140 دسی بل می گردد. جهت پردازش، انتقال اطلاعات و ذخیره سازی از پردازنده آرم کورتکس ام3 استفاده شده است. با توجه به حجم داده استخراج شده، سرعت ذخیره سازی 3 مگابیت بر ثانیه است. توان مصرفی کل زیر مجموعه آکوستیک به همراه حسگر آکوستیک و برد تامین توان، 8/2 وات اندازه گیری شده است.
    کلیدواژگان: آکوستیک، داده بردار، طراحی و ساخت، مبدل آنالوگ به دیجیتال، ثبت اطلاعات، میکروفون، کاوشگر فضایی، کپسول زیستی فضایی
  • مریم کیانی*، قاسم حیدری، سید حسین پورتاکدوست، محمد سینجلی صفحات 25-38

    مدارهای هاله ای به واسطه ویژگی هایی همچون حرکت های تناوبی حول نقطه تعادلی برای رصد و مطالعه فضا اهمیت ویژه ای دارند. از این رو، مقاله حاضر به طراحی مسیر انتقال بهینه به مدار هاله ای پرداخته است. برای حل این مسئله کنترل بهینه از رویکرد هموتوپی در کنار روش پرتابی استفاده شده است. این روش باعث بهبود سرعت همگرایی و رسیدن به حدس اولیه بهتری می شود. مسیر بهینه طراحی شده، فضاپیمایی در مدار حول زمین را به یک مدار هاله ای حول نقطه لاگرانژی L1 سیستم سه جسم زمین-ماه منتقل می کند. سیستم پیشران فضاپیما از نوع تراست-کم با ضربه ویژه ثابت در نظر گرفته شده است. رویکرد هموتوپی دامنه گسترده ای دارد که از آن میان، روش ادامه ی هموتوپی در این پژوهش مدنظر قرار گرفته است. هدف از مسیر طراحی شده، انتقال با کمینه مصرف سوخت است که به کمک رویکرد هموتوپی از تغییر شکل حل مساله کمینه مصرف انرژی به دست آمده است. در واقع رویکرد هموتوپی سبب تسهیل حل مساله دشوار کمینه مصرف سوخت شده است.

    کلیدواژگان: مدار هاله ای، رویکرد هموتوپی، روش ادامه هموتوپی، روش پرتابی، طراحی مسیر بهینه، انتقال مداری
  • میررضا غفاری رزین*، بهزاد وثوقی صفحات 39-50

    در این مقاله از ترکیب شبکه های عصبی موجک سه لایه (WNNs) به همراه الگوریتم آموزش بروش بهنیه سازی انبوه ذرات هیبرید (PSO-BP) جهت مدل سازی تغییرات زمانی-مکانی محتوای الکترون کلی (TEC) یونوسفر در منطقه شمالغرب ایران (N-W) استفاده شده است. مشاهدات 30 روز ماه ژانویه سال 2018 جهت ارزیابی روش پیشنهادی بکار گرفته شده است. تعداد مشاهدات ورودی انتخاب شده جهت آموزش شبکه عصبی موجک سه لایه با الگوریتم آموزش PSO-BP بترتیب 20 و 10 ایستگاه از شبکه محلی آذربایجان می باشند. در هر 2 حالت تعداد 3 ایستگاه با توزیع مناسب به عنوان ایستگاه های آزمون در نظر گرفته شده اند. شاخص های آماری خطای نسبی، خطای |dVTEC|، انحراف معیار و ضریب همبستگی جهت ارزیابی مدل شبکه عصبی موجک مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج حاصل از مدل پیشنهادی این مقاله با TEC حاصل از مشاهدات GPS به عنوان مرجع اصلی، مدل مرجع جهانی یونوسفر 2016 (IRI2016) و همچنین خروجی شبکه جهانی IGS (GIM) مقایسه شده است.

    کلیدواژگان: TEC، شبکه عصبی موجک، الگوریتم آموزش PSO-BP، GPS، IRI2016، GIM
  • نیکی سجاد*، مهران میرشمس، شاهرخ جلیلیان صفحات 51-62
    در این مقاله، شبیه سازی مدل در حلقه و تحلیل و ارزیابی عملکرد زیرمجموعه کنترل وضعیت ماهواره ی کلاس وزنی میکرو با استفاده از روش پردازشگر در حلقه توضیح داده شده است. شبیه سازی و پیاده سازی زیرمجموعه کنترل وضعیت در مراحل مختلف طراحی ماهواره و زیرمجموعه های آن انجام می گیرد. طبق استانداردهای موجود فضایی برای ارزیابی طراحی، شبیه سازی به صورت "مدل در حلقه"، "نرم افزار در حلقه"، "پردازشگر در حلقه" و "سخت افزار در حلقه" از مراحل اصلی ارزیابی می باشد. این مقاله حاصل پژوهش علمی و عملی وسیع در طی دو سال بر روی میکرو ماهواره ی دانشجویی است که در قالب همکاری بینالمللی بین دانشگاهی در دست انجام می باشد. در متن پیش رو ضمن توضیح چگونگی شبیه سازی در مراحل "مدل در حلقه" و "پردازشگر در حلقه"به مقایسه ی نتایج آن دو و صحت سنجی الگوریتم های تعیین و کنترل وضعیت ماهواره پرداخته خواهد شد. نتایج بدست آمده حاکی از دقت قابل قبول شبیه سازی های صورت پذیرفته و تایید امکان به کار گیری نتایج طراحی در مراحل بعدی توسعه زیرمجموعه می باشد.
    کلیدواژگان: ماهواره میکرو، شبیه سازی، کنترل وضعیت، آرام سازی، سمت گیری زمین، مدل در حلقه، پردازشگر در حلقه
  • علی صادق زاده، سید حسن صدیقی*، محمد سلیمانی صفحات 63-68

    در این مقاله آنتنی با هفت عنصر برای دریافت سیگنال GPS روی ساختاری غیر مسطح طراحی شده است که در برابر جمینگ مقاوم بوده و با قطع و وصل کردن تغذیه ی عنصر ها در زوایای فراز4 و سمت5 مشخصی ایجاد صفر در الگوی تشعشعی می کند. در این ساختار از هفت آنتن پچ استفاده شده است که هر کدام روی یک وجه ساختار قرار می گیرند و هر عنصر به کمک یک تغذیه قطبش دایروی قابل قبول برای دریافت سیگنال GPS را ایجاد می کند. هرچه آنتن های به کار رفته در این ساختار جهتدارتر باشد، صفر الگوی تشعشعی عمیقتری ایجاد خواهد شد و در نتیجه مقاومت بیشتری در برابر سیگنال جمینگ به دست خواهد آمد. به دلیل ساختار ساده، وزن کم، ابعاد فشرده، قطبش دایروی، بهره بالا و مقاومت در برابر جمینگ، این ساختار برای به کارگیری در گیرنده هایGPS مناسب است.

    کلیدواژگان: آنتن پچ، آنتن جهتدار، سوئیچ، GPS
  • محمدحسین شفیعی*، میثم جوکار، بهروز صفری نژادیان صفحات 69-77

    در این مقاله ساختاری جدید برای یک واحد سنجش اینرسی ارایه می گردد که شامل سه دیسک دوار حول محورهای اصلی دستگاه بدنی است و روی هر دیسک یک شتاب سنج نصب می شود. همچنین نشان داده می شود که ساختار پیشنهادی قابلیت کاهش اثر پارامترهای مزاحم شتاب سنج ها مثل بایاس ثابت و متغیر و همچنین تضعیف نویز را دارد. به علاوه، در این ساختار می توان شتاب دوران وسیله را بدون استفاده از ژیروسکوپ اندازه گیری نمود. با توجه به ساختار دورانی این سامانه، نیاز است تا از شتاب سنج ها به صورت مداوم نمونه برداری شود. جهت استفاده از اطلاعات نمونه برداری شده، باید محاسبات مربوطه در حالت گسسته-زمان انجام شود. در این مقاله روشی جهت ترکیب این اطلاعات ارایه گردیده و با بررسی معادلات مربوطه، عملکرد موفق این روش در کاهش اثر سه پارامتر بایاس ثابت و بایاس متغیر شتاب سنج ها و نویز اندازه گیری نشان داده می شود. همچنین کارایی روش پیشنهادی در اندازه گیری شتاب دوران وسیله توسط شبیه سازی عددی نشان داده می شود.

    کلیدواژگان: سامانه های ناوبری اینرسی، واحد سنجش اینرسی، واحد سنجش اینرسی دوار
  • محمودرضا رضایی*، جواد حق شناس صفحات 79-89

    در این مقاله، یک روش محاسباتی دقیق برای اندازه گیری دقت نسبی حسگر ستاره پیشنهاد شده است که نیازمند ابزارها و ادوات پیچیده و پرهزینه آزمایشگاهی نیست و صرفا با استفاده از مشاهده مستقیم آسمان شب و استفاده از معادلات دقیق دوران زمین و حرکت نسبی ستارگان ناشی از آن، می تواند دقت حسگر ستاره را تا مرتبه بهتر از 1 ثانیه قوسی اثبات نماید. روال مرسوم آزمایشگاهی اندازه گیری دقت حسگر ستاره، نیازمند استفاده از شبیه ساز آسمان بهمراه ابزارآلات کمکی نظیر کولیماتور، میز چند درجه آزادی، الاینمنت دقیق و... است. این فرآیند علاوه بر پیچیده و زمانبر بودن، پرهزینه بوده و ابزارآلات کمکی نیز خطای اندازه گیری را بیشتر می کند که شناسایی و حذف آن خطاها خود پروسه ای مجزا و دشوار است. روال پیشنهادی در این مقاله از آن جا که حسگر را در محیط واقعی عملکردش، یعنی آسمان، مورد آزمون قرار می دهد و نه محیط شبیه سازی شده آزمایشگاهی، دقیق تر بوده و قابلیت اطمینان بیشتری خواهد داشت

    کلیدواژگان: ماهواره، حسگر ستاره، دقت، آسمان شب، شبیه ساز آسمان
|
  • MEHRAN NOSRATOLLAHI *, Mohammad Fatehi, Amirhossain Adami Pages 1-16
    Orbital transfer blocks has the task of transferring satellites to objective orbits from parking orbit. In this paper, Attention will be given to multidisciplinary optimal design of the propulsion system of two liquid component which is one of the most important subsystems of Orbital transfer blocks. Designing with multi objective bipropellant system, based on minimum total mass and maximum Isp, and at the end mentioned to costs and compared. For combinations of NTO as Oxidizer and fuels which are: UDMH, MMH, Hydrazine and RP-1 then for usual structures that utilized in this systems, design and optimization occurred by multi objective hybrid Particle Swarm Optimization (PSO) algorithms.
    Keywords: upper stage, system design, Bi-propellant Propulsion System, Hybrid PSO Algorithms
  • Peyman Aliparast * Pages 17-24
    in this paper, design, implementation and test of 24 bit acoustic DAQ subsystem for bio-capsule of Pajohesh explorer is presented. the proposed structure has been used B&K 4942 microphone as input sensing element. the proposed DAQ, has 48Ksps speed, 24 bit resolution, 113dB dynamic range and 23 KHz BW. we used a ARM Cortex M3 for signal handling and processing. the acquiescing data have been sending to Bio- capsule FC and also recorded in a Micro-SD card. power consumption of the proposed DAQ is obtained 2.8W. the proposed DAQ take a place with dimentions of 40*40*100 mm3 inside of bio-capsule stand.
    Keywords: Acoustic, Analog to digital converter, Microphone, bio-capsule
  • Maryam Kiani *, Ghasem Heydari, Mohammad Sayanjali Pages 25-38

    Halo orbits are of importance for observation and study of the space due to their specific characteristics including the orbital position and the periodic motion. In this regards, present paper has focused on optimal trajectory planning to transfer to halo orbits. To this aim, homotopy approach has been adopted for optimal trajectory design. This approach has improved the convergence rate and insensitivity of the problem to initial guess. The designed trajectory transfers a spacecraft orbiting the Earth to a Halo orbit around Lagrangian point L1 of the Earth-moon restricted three-body system. The propulsion system has been assumed to be low thrust with constant specific impulse. Homotopy approach has a broad domain of applicability and methods in which continuation method has been employed here among them. The optimal designed trajectory minimizes the fuel consumption via transforming solution of the minimum energy problem utilizing the homotopy approach. This approach simplifies solution of the complex problem of minimum fuel indeed.

    Keywords: Halo Orbit, Homotopy Approach, Homotopy Continuation Method, Shooting Method, Optimal Trajectory Design, Orbit Transfer
  • MirReza Ghaffari Razin *, Behzad Voosoghi Pages 39-50

    In this paper, WNN with PSO training algorithm is used to modeling and prediction of time-dependent ionosphere total electron content (TEC) variations. 2 different combinations of input observations are evaluated. The number of stations used to train of WNN with PSO algorithm selected 20 and 10. In all testing mode, 3 GPS stations with proper distribution are considered as a testing stations. Statistical indicators relative error, dVTEC and correlation coefficient were used to assess the wavelet neural network model. The results of proposed model compared with GPS-TEC and international reference ionosphere 2012 (IRI-2012) TEC. Average relative error computed in 3 test stations are 5.43% with 20 training station and 9.05% with 10 training station. Also the correlation coefficient calculated in 3 test stations are 0.954 with 20 training station and 0.907 with 10 training station. The results of this study show that the WNN with PSO algorithm is a reliable model to predict the temporal variations in the ionosphere.

    Keywords: TEC, WNN, PSO, GPS, IRI-2016
  • Niki Sajjad *, Mehran Mirshams, Shahrokh Jaliian Pages 51-62
    This paper presents design, analysis and performance verification test of student microsatellite Attitude Determination and Control Subsystem (ADCS) . ADCS design and implementation procedure contains several various steps. There are four main test levels during simulation called “Model-in-the-Loop”, “Software-in-the-Loop”, “Processor-in-the-Loop” and “Hardware-in-the-Loop”. This paper is a result of scientific and practical research during two years, on the student microsatellite, which is an eight-nation collaboration project among Asia-Pacific universities. In what follows, “Model-in-the-Loop” and “Processor-in-the-Loop” test and simulation will be discussed. The aim of this paper is to illustrate the result of these two tests and validate the ADCS design. In the end, it is demonstrated that designed control algorithms are precise enough to meet the student microsatellite ADCS requirements and they can be used in the next level of microsatellite development.
    Keywords: Microsatellite, Simulation, Attitude control, Detumbling, Nadir pointing, Model-in-the-Loop, Processor-in-the-Loop
  • Ali Sadeghzade, S. Hasan Sedighi *, Mohamad Soleimani Pages 63-68

    In this paper, an anti-jamming GPS array antenna with seven antenna elements on the conformal structure is proposed for GPS applications by switching on/off the antenna ports. In this proposed antenna, when the received power is high, the antenna feeds are switched off to create null in the direction of jammer to reduce the jammer effect. This structure composed of seven patch elements where each element placed on special face of the structure. Whatever antennas be more directive, we can create deeper nulls. These specifications introduce this antenna as a good candidate for GPS applications to mitigate the jammer effects.

    Keywords: GPS, Jamming, antenna
  • MohammadHosein Shafiei *, Meisam Jowkar, Behrooz Safarinejad Pages 69-77

    In this paper a new structure for the inertia measurement unit is presented; the proposed structure consists of three rotary discs around the three main axes in the body, and an accelerometer is mounted on each disc. It is shown in this paper that the proposed structure reduces the effect of disturbing accelerometer parameters, such as constant and variable bias, as well as noise depletion. Due to the proposed rotational structure, it is necessary to continuously sample the accelerometers. In order to use the sampled data, calculations should be performed in discrete mode. In this paper, a method for combining this information is presented. By examining the proposed equations, the successful performance of this method is shown in the reduction of the effect of three constant bias parameters and the bias of the accelerometer and the measured noise. As well as the efficiency of the proposed method for measuring the acceleration of the device using Numerical representation is shown.

    Keywords: IMU, INS, rotating IMU
  • MahmoudReza Rezaei *, Javad Haghshenas Pages 79-89

    In this paper, an accurate computational method is proposed to measure the relative accuracy of the star sensor, which does not require complex laboratory instruments. The proposed method uses the direct observation of the night sky along with the exact equations of motions of the Earth and stars to measure the accuracy of the star sensors in the order of 1 arcsecond. The Classical Laboratory Measurement Procedures of the star sensor’s accuracy requires at least a sky simulator along with some auxiliary tools such as a collimator, an accurate 3 DOF Rotary table, an exact alignment instruments, and so on. The classical procedure, in addition of being complex and time-consuming, is costly, and the auxiliary tools also increase the measurement error by themselves. Identifying and eliminating these errors are more difficult process. The proposed procedure is more accurate and more reliable because the sensor is tested in its actual operating environment, i.e., the sky, rather than the simulated laboratory environment.

    Keywords: Satellite, Star Sensor, Accuracy, Night Sky, Sky Simulator