فهرست مطالب

علوم و فناوری فضایی - سال چهاردهم شماره 1 (پیاپی 46، بهار 1400)

نشریه علوم و فناوری فضایی
سال چهاردهم شماره 1 (پیاپی 46، بهار 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/03/14
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مهدی جعفری ندوشن*، کوثر آرام خواه صفحات 1-13
    در این مقاله از مدل دمبلی برای میدان گرانشی سیارک 216 کلوپاترا استفاده شده است. با استفاده از این مدل، معادلات حاکم بر حرکت فضاپیما حول سیارک به فرم معادلات حرکت فضاپیما در مسئله سه جسم محدود دایروی در خواهند آمد. بر این اساس نقاط تعادل و نواحی ژاکوبی حول این سیارک محاسبه شده و با بهره‏گیری از روش‏های جست‏و‏جوی شبکه‏ای و پرتابی مدارهای تناوبی متقارن محاسبه شده اند. این تقارن نسبت به صفحه xz در نظر گرفته شده است. پس از استخراج مدارها، پایداری مدارهای تناوبی با تیوری فلوکه مورد ارزیابی قرار گرفته که بیانگر ناپایداری مدارها است. با اضافه کردن فشار تشعشع خورشیدی به معادلات حاکم، مجددا مدارهای تناوبی متقارن استخراج و شاخص پایداری آن ها محاسبه شده است. نتایج حاکی از آن است که فشار تشعشع خورشیدی هر چند مقادیر شاخص پایداری را تغییر می دهد ولی تغییری در پایداری یا ناپایداری آن ایجاد نمی کند. بنابراین پایدارسازی فضاپیما بر روی این مدارهای ناپایدار مستلزم اعمال کنترل بر روی فضاپیما است.
    کلیدواژگان: سیارک 216 کلوپاترا، مدار تناوبی متقارن، مدل دمبلی، فشار تشعشع خورشیدی، تئوری فلوکه
  • فرنوش سلطانی، حلیمه حسن پور*، ملک حکمتی صفحات 15-22

    طیف های نوری LED، منابع نوری مناسب برای تحقیقات گیاهان در ایستگاه بین المللی فضایی و سیستم پشتیبان حیات هستند. در پژوهش حاضر تاثیر طیف های مختلف نوری بر برخی پارامترهای رشد و فعالیت آنتی اکسیدانی در گیاه بابونه گیلانی مورد بررسی قرار گرفت. گیاهچه ها با محلول 2/1 هوگلند آبیاری شده و تحت طیف های مختلف نوری سفید، قرمز-آبی و قرمز دور قرار گرفتند. گیاهچه ها پس از گذشت 4 هفته برداشت شده و تحت آنالیزهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی قرار گرفتند.نتایج نشان داد که طیف نوری قرمز-آبی سبب افزایش وزن تر، وزن خشک، محتوای نسبی آب و طول ریشه در مقایسه با سایر طیف های نوری شد. محتوای پراکسید هیدروژن تفاوت معنی داری را در بین طیف های مختلف نشان نداد و بیشترین فعالیت جاروب کنندگی رادیکال های DPPH در طیف نوری سفید مشاهده شد. همچنین، گیاهچه های تیمار شده با نور قرمز-دور، بیشترین طول ساقه را نشان دادند. به نظر می رسد کاهش رشد تحت نور سفید در ارتباط با انتقال منبع کربن و انرژی برای بیوسنتز ترکیبات آنتی اکسیدان در گیاه بابونه گیلانی باشد.

    کلیدواژگان: بابونه گیلانی، طیف نوری، رشد، DPPH، پراکسید هیدروژن
  • احسان معانی*، پیمان نیک پی، احسان ذبیحیان صفحات 23-33
    در ماهواره های مخابراتی زمین آهنگ برای انجام ماموریت های از تراستر استفاده شده و نیاز به سوخت مصرفی می باشد. در این مقاله بر اساس یک روش جدید و بدون نیاز به روابط ریاضی حاکم بر دینامیک ماهواره و تنها بر اساس داده های موجود برای ماهواره های پیشین به تعیین جرم سوخت ماهواره های مخابراتی پرداخته می شود. برای این منظور از روش حداقل مربعات خطا و شبکه عصبی مصنوعی استفاده شده و دو روش از نظر دقت مقایسه شده و دو مدل ریاضی برای تشخیص جرم سوخت ماهواره بر اساس پارامترهای طراحی آن ارایه شده است. با مقایسه خروجی مدل برای چندین ماهواره واقعی و مقایسه با جرم سوخت واقعی آن ها مشخص شد که روابط ارایه شده دارای دقت بالای 95 درصد است و برای امکان سنجی و طراحی مفهومی پروژه های ماهواره بسیار مناسب و کارا می باشند. هم چنین برای مدل خطی به دست آمده تحلیل حساسیت انجام شده و در نهایت روش ارایه شده برای به محاسبه حجم ماهواره نیز مورد ارزیابی قرار گرفته است
    کلیدواژگان: ماهواره مخابراتی زمین آهنگ، جرم سوخت، شبکه عصبی، هوش مصنوعی، داده کاوی
  • محمود تلافی نوغانی*، پیمان علی پرست صفحات 35-41
    در این مقاله، یک محفظه یا شیلد مبتنی بر ساختار شکاف باند مایکروویو برای تقویت کننده توان یک فرستنده ایستگاه زمینی کوچک (VSAT) ماهواره ‏ای، طراحی شده است. این ساختار شکاف باند که متشکل از آرایه ‏ای از میخهای فلزی تعبیه شده برروی سطح داخلی دیواره بالایی محفظه است، باعث حذف تمامی مودهای تشدیدی محفظه در محدوده فرکانس کاری باند Ku (GHz14 تا GHz14.5) می‏ شود. مدار تقویت کننده توان، شامل یک ماژول درایور و یک ماژول تقویت توان 50 واتی است که پس از طراحی مدار، به یک نرم‏ افزار شبیه ‏سازی تمام موج داده می ‏شود. نتایج شبیه ‏سازی تمام موج بورد مدار چاپی (PCB) به همراه شیلد و با احتساب پارامترهای پراکندگی ماژولها، بر عملکرد بهینه و مطلوب طرح پیشنهادی صحه می‏ گذارد.
    کلیدواژگان: باند فرکانسی Ku، ساختار شکاف باند، شیلد، فرستنده ماهواره‏ ای
  • مصطفی ذاکری*، مهران نصرت اللهی، محمدرضا ثابتی، حمیدرضا مقدس نجف آباد، حمید ملکی صفحات 43-54

    در این تحقیق، رویکردی نوین و کارا برای مدیریت کنترل تغییرات در فرآیند طراحی محصولات پیچیده فضایی ارایه شده است. این رویکرد شامل استفاده از سطوح قیدگذاری طراحی در ترکیب دو ساختار ماتریس های DSM و روندی سیستمی برای کنترل تغییرات می باشد. روند سیستمی، شامل استفاده از کد ارزیابی سیستمی تغییرات، نحوه ایجاد مدل انتقال و ارزیابی مدیریتی تغییر درخواست شده است. روند ارایه شده در این مقاله، علاوه بر استفاده از فعالیت های مشابه در این زمینه، رویکردی سسیتمی برای استفاده از دانش طراحان یک پروژه فضایی در جهت هدایت کنترل تغییرات پروژه های بزرگ مهندسی ارایه کرده است که شامل تصمیم گیری مدیریتی کنترل تغییرات و نحوه شناسایی بهترین مسیر فرآیند کنترل تغییرات می باشد. در انتها مدارگرد فضایی برای پیاده سازی مختصر یک مورد مطالعاتی انتخاب شده است.

    کلیدواژگان: کنترل تغییرات، کد ارزیابی تغییرات، سبک سنگین کردن، مدل انتقال، ماتریس طراحی
  • سید حمید جلالی نائینی*، امید امیدی همت صفحات 55-64

    این مقاله به اصلاح نوع خاصی از مدولاتور پهنا و فرکانس پالس با بلوک انتگرالگیر می پردازد. در این مدولاتور به جای فیلتر پایین گذر از یک انتگرالگیر استفاده شده، و به همین دلیل در اینجا مدولاتور پهنا و فرکانس پالس انتگرالی نامیده می شود. به منظور بهبود رفتار حلقه کنترلی، ساختار مدولاتور با یک شرط منطقی برای بازتنظیم خروجی انتگرالگیر اصلاح شده است. در این شرط منطقی، در صورتی که سیگنال خطا کوچکتر از بازه مشخصی باشد، خروجی انتگرالگیر صفر می گردد. این بهبود در دو مود پایدارساز و نشانه روی اعمال شده است. در مود پایدارساز، ضریب بهره پایدارساز با استفاده از حل تحلیلی به گونه ای استخراج شده است تا با یک پالس، کسر معینی از سرعت زاویه ای اولیه مستهلک گردد. در مود نشانه روی، عملکرد مدولاتور اصلاح شده، قابل مقایسه با مدولاتور پهنا و فرکانس پالس می باشد.

    کلیدواژگان: کنترل وضعیت فضاپیما، مدولاتور پهنا و فرکانس پالس، مود پایدارسازی و نشانه روی
  • مونا حبیبی، مهدی فکور*، هادی پرویز نوروزانی صفحات 65-75

    به منظور بررسی عدم قطعیت در فرکانس های طبیعی سامانه ماهواره نسبت به تغییر جانمایی اجزاء، ابتدا جانمایی بهینه اجزاء یک ماهواره نمونه با هدف کمینه نمودن ممانهای اینرسی اصلی با استفاده از الگوریتم تجمع ذرات با لحاظ قیود کنترلی و هندسی انجام می شود. برای تولید نمونه های تصادفی، از این الگوریتم به تعداد کافی خروجی گرفته می شود که خروجی ها همان مختصات مرکز جرم اجزاء برای جانمایی می باشند و بر اساس خروجی ها، مدل سازی المان محدود نمونه ها با در نظر گرفتن اجزاء به صورت جرم متمرکز، برای جانمایی های مختلف انجام می گیرد. پس از تحلیل مودال نمونه ها و استخراج ماتریس جرمی و سختی، شبیه سازی مونت کارلو بر اساس تیوری ماتریس تصادفی ویشارت انجام می گیرد و مقادیر ویژه ماتریس ها که همان فرکانس های طبیعی است، به دست می آید. درنهایت توزیع احتمالاتی فرکانس های طبیعی شبیه سازی شده به دست می آید. این توزیعات نشان می دهد که در چیدمان ارایه شده توزیع نرمال بوده و میزان پراکندگی نمونه ها بسیار کم است و تغییرات فرکانس طبیعی نسبت به جانمایی بهینه ارایه شده ناچیز است.

    کلیدواژگان: زیرسیستم های ماهواره، جانمایی بهینه، تئوری ماتریس تصادفی ویشارت، فرکانس طبیعی، شبیه-سازی مونت کارلو
  • محمد چینی فروشان، مهدی مرتضوی *، کامران رئیسی چرمکانی صفحات 77-92

    در این مقاله، مسئله کنترل توامان وضعیت و موقعیت نسبی فضاپیما درحضور عیب عملگر، مورد بررسی قرار گرفته است. پس از تبیین ضعف و محدودیت مدل‌های موجود و رویکردهای کنترلی مبتنی بر آن‌ها، صورت‌بندی جدیدی از حرکت نسبی فضاپیما ارایه گردیده است. آن‌گاه چارچوب کنترل پیش‌بین زیرفضاپایه، که یک رویکرد بدون مدل قدرتمند است، در ابعاد چندی گسترش داده شده است، که عبارتند از کنترل تطبیقی غیرخطی، تحمل‌پذیری نسبت به عیوب ناگهانی و تخصیص کنترل. بر اساس این چارچوب تعمیم یافته، سه کنترل‌کننده داده محور تحمل‌پذیر عیب مجزا برای کنترل فرآیندهای جفت‌شده، غیرخطی و متغیر با زمان، توسعه داده شده است. از منظر تشخیص عیب، تنها الزام ساختار کنترلی ارایه شده، آشکارسازی زمان وقوع عیوب است. به‌علاوه، یک قابلیت درونی تشخیص عیب داده محور معرفی گردیده است که ساختار کنترلی را کاملا خودبسنده خواهد نمود. کنترل‌کننده‌های سه‌گانه، سپس برای حل مسئله پیش‌گفته طراحی گردیده اند و کارایی آن‌ها از طریق یک سناریوی شبیه‌سازی چندبعدی، صحه‌گذاری گردیده است.

    کلیدواژگان: حرکت نسبی شش درجه آزادی فضاپیما، کنترل بدون مدل، کنترل پیش بین زیرفضاپایه، کنترل غیرخطی، کنترل تحمل-پذیر عیب، تخصیص کنترل، تشخیص عیب داده محور
|
  • Mahdi Jafari Nadoushan *, Kosar Aramkhah Pages 1-13
    In this paper, the dumbbell model is used for gravity field of asteroid 216 Kleopatra. Utilizing the model results in governing equations of motion of a spacecraft around an asteroid similar to those of motion of a spacecraft in the restricted circular three-body problem. The equilibrium points and Jacobi regions are calculated and symmetric periodic orbits are computed utilizing grid search and shooting methods. The xz-plane is considered as the symmetry plane. Stability of the periodic orbits is evaluated by Floquet theory that shows all the computed orbits are unstable. By adding the solar radiation pressure term to the governing equations of motion, the symmetric periodic orbits are recomputed and index of stability are examined. The results show that the solar radiation pressure, though change the values of the index of stability, does not affect the stability of computed periodic orbits. Therefore, stabilizing a spacecraft on the unstable periodic orbits requires controlling spacecraft.
    Keywords: 216 Kleopatra Asteroid, Symmetric Periodic Orbit, Dumbbell Model, Solar Radiation Pressure, Floquet theory
  • Farnoush Soltani, Halimeh Hassanpour *, Malek Hekmati Pages 15-22

    LED light spectrums are the proper light source for plant research in the International Space Station and the life support system. In the present study, effects of different light spectrums on some growth parameters, and antioxidant activity were investigated in Anthemis gilanica. Seedlings irrigated with 1/2 Hougland solution under different light spectrums including white, red-blue and deep red. Seedlings were harvested for physiological and biochemical analyzes after 4 weeks. Results showed the fresh and dry weight, relative water content and root length increased under the red-blue light spectrum comparing to other spectrums. Hydrogen peroxide level didn't significantly change under different light spectrums. Seedlings treated with white spectrum showed the highest DPPH scavenging activity. Also, seedlings treated with deep red spectrum showed the maximum shoot length. It seems that decrease of growth under white spectrum is related to transfer carbon and energy sources for antioxidant compound biosynthesis.

    Keywords: Anthemis gilanica, Light Spectrum, growth, DPPH, Hydrogen peroxide
  • Ehsan Maani *, Peyman Nikpey, Ehsan Zabihian Pages 23-33
    n GEO communicational satellites, thrusts are being used for many missions such as station keeping, longitude change maneuver and actuators desaturation. These types of actuators need fuel and its estimation requires many complicated calculations. In this paper, a novel method based on availed data for previous satellites is proposed for estimation of satellite fuel mass and it does not need mathematical modeling of satellite dynamics. Two methods, least square method and artificial intelligence, are used to this aim and two mathematical model are proposed for satellite fuel mass estimation. By applying the models to several previous satellites, it is shown that the models have lower than 5% average error. The proposed method in this paper is quick and accurate and can be utilized for GEO satellites feasibility study and conceptual design
    Keywords: GEO satellite, Fuel mass, Neural Networks, Artificial intelligence, Data mining
  • Mahmoud Talafi Noghani *, Peiman Aliparast Pages 35-41
    In this paper, a shielding box is designed for a Ku-band VSAT transmitter power amplifier based on an electromagnetic band gap structure. The proposed structure, is a bed of nails on the inner surface of the top wall of the box. It suppresses cavity resonances in the Ku-band uplink frequency range of 14-14.5 GHz. The amplifier which is composed of two cascaded modules (a pre-amplifier and a 50 W power amplifier) is first imported to a full wave simulation software. Full wave simulation of the printed circuit board (PCB) which includes the small signal scattering parameters of the power amplifier modules, proves the optimum performance of the proposed design.
    Keywords: Ku-Band, Band gap structure, shield, satellite transmitter
  • Mostafa Zakeri *, Mehran Nosratollahi, Mohammadreza Sabeti, HamidReza Moghadas Najaf Abad, Hamid Maleki Pages 43-54

    In this research, a new and effective approach to managing change control is presented in the design process of complex engineering products. This approach involves the use of design constraints in a combination of two structures of DSM matrices and a system process for controlling changes. The system process involves the use of a systemic code for evaluating of changes, how to create a transfer model, and a management change assessment request. The process presented in this article, in addition to using similar activities in this field, has provided a systematic approach to using the knowledge of designers of a project to guide the control of changes to major engineering projects, including decision-making on controlling changes and how to identify the best The path to the change control process.

    Keywords: Change Control, Change Evaluation Code, Trade Off, Transform Model, Design Matri
  • Seyed Hamid Jalali Naini *, Omid Omidi Hemmat Pages 55-64

    This paper presents a modification to a type of Pulse-width Pulse-Frequency (PWPF) Modulator utilized an integrator block. In this modulator that called here as "Integral Pulse-Width Pulse-Frequency (IPWPF)," an integrator is used instead of the first-order low-pass filter. To improve the performance of the control system, the modulator is modified by using a logical circuit in order to reset the output of the integrator. In this logical circuit, if the error signal becomes less than a specified small value, the integrator will be reset, that is, "Small Error-Reset Integrator (SE-RI)." The modification is applied to the stabilization and pointing modes. In stabilization mode, the control gain is obtained analytically such that the angular rate of the satellite becomes zero or less than a specific percentage of its initial value by a single pulse. Simulation results show that the performance of the modified IPWPF is comparable with that of PWPF in pointing mode.

    Keywords: Spacecraft attitude control, Pulse-Width Pulse-Frequency Modulator, Stablization, Pointing Modes
  • Mona Habibi, Mahdi Fakoor *, Hadi Parviz Nowruzani Pages 65-75

    In this research, to investigate the effects of uncertainties on the natural frequency of satellite system attributed to the variation of layout components, the optimal layout of the satellite is performed utilizing particle swarm optimization (PSO) algorithm, considering stability and geometrical constraints. In order to produce random samples, enough number of results will be extracted, which are mass center of components, and based on the outputs, the finite element modeling of different samples by considering mass point is carried out. After modal analysis, mass and stiffness matrices are extracted, the simulation of Monte - Carlo runs based on Wishart random matrix theory and the eigenvalues of the matrix, i.e. natural frequencies, are obtained. Probabilistic distribution of natural frequencies is shown that in the proposed layout, the distribution of samples is very low and the variation of natural frequency is robust to the proposed optimal location.

    Keywords: Satellite subsystems, optimal layout, Wishart random matrix theory, Natural frequency, Monte-Carlo simulation
  • Mohammad Chiniforoushan, Mahdi Mortazavi *, kamran raissi Pages 77-92

    The problem of jointly controlling relative attitude and position of spacecraft in the presence of actuator fault is investigated in this paper. Following a description about drawbacks and limitations of the existing models and the control approaches based on them, a new formulation of the spacecraft relative motion is provided. Subsequently, the subspace predictive control framework, which is a powerful model-free approach, is extended in several dimensions, that is, adaptive nonlinear control, tolerance against abrupt faults and control allocation. Based on this generalized framework, three distinct data-driven fault-tolerant controllers for coupled, nonlinear and time-variant plants are developed. From the viewpoint of fault diagnosis, the only requirement of the control structure is to detect the occurrence time of faults. Furthermore, an internal data-driven fault diagnosis capability is introduced, which makes the control structure completely self-sufficient. The three controllers are then designed to solve the aforementioned problem, and their efficiency are verified via a multidimensional simulation scenario.

    Keywords: Spacecraft 6-DOF relative motion, Model-free control Subspace predictive control, Nonlinear Control, Fault-tolerant control, Control Allocation, Data-driven fault diagnosis