فهرست مطالب

علوم و فناوری فضایی - سال پانزدهم شماره 1 (پیاپی 50، بهار 1401)

نشریه علوم و فناوری فضایی
سال پانزدهم شماره 1 (پیاپی 50، بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/04/15
  • تعداد عناوین: 9
|
  • رضا کهندانی، علی داور*، محسن حیدری بنی، جعفر اسکندری جم، مجید اسکندری شهرکی صفحات 1-21
    در این مقاله به تحلیل ارتعاشات آزاد پوسته های مشبک کامپوزیتی دوانحنایی با استفاده از یک تیوری مرتبه بالای اصلاح شده، تحت شرایط تکیه گاهی ساده پرداخته شده است. مزیت تیوری حاضر نسبت به دیگر تیوری های مرتبه بالا، احتساب اثر عبارت ضریب شکل ذوزنقه ای مقطع پوسته در روابط میدان جابه جایی و کرنش است که سبب افزایش دقت نتایج می گردد. معادلات تعادل و شرایط مرزی حاکم بر مسیله به کمک اصل هامیلتون استخراج شده و به کمک روش گالرکین حل می شود. در پوسته های مشبک، توزیع ناپیوسته سفتی و جرم پوسته در ریب های تقویت کننده و مواد پرکننده فضای بین ریب ها به کمک تابع توزیع مناسب بیان شده است. اعتبارسنجی این پژوهش، با نتایج تحقیقات سایر محققین یا نتایج حل عددی به دست آمده به کمک نرم افزار آباکوس صورت گرفته است، درنهایت، مطالعه پارامتری صورت پذیرفته است که در آن اثر تغییر در پارامترهای مختلف هندسی، جنس ماده و نوع لایه چینی در پوسته های ایزوتروپیک و کامپوزیتی موردبررسی واقع شده است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات آزاد، پوسته های دو انحنائی، کامپوزیت، سازه مشبک، تئوری مرتبه بالای پوسته، عبارت شکل ذوزنقه ای مقطع پوسته
  • امیررضا کوثری*، علیرضا احمدی، علیرضا شریفی، مسعود خوش سیما صفحات 23-42

    ماهواره های سنجش از دور مشاهده زمین که به صورت غیرفعال سطح زمین را اسکن و تصاویر با قدرت تفکیک مکانی زیر یک متر تولید می نمایند قادرند حول هر سه محور بدنه خود مانور کنند و همزمان با مانور وضعیت از جهات مختلف از ناحیه هدف تصویربرداری نمایند. سخت گیرانه ترین الزامات میانی حاکم بر عملکرد زیرسیستم تعیین و کنترل وضعیت آنها در مد های چرخش زدایی و نشانه روی دقیق اعمال می شود و شامل قابلیت مانور، چابکی، دقت و پایداری می باشد. در این تحقیق ابتدا روابط تحلیلی و آماری میان معیارهای کمی الزامات میانی و قدرت تفکیک مکانی که به عنوان یک الزام سطح بالای ماموریتی مطرح است استخراج و با توجه به آن درایورهای طراحی چرخ های عکس العملی استخراج شده است. سپس در یک نمونه ماهواره عملیاتی، با استفاده از تکنیک دیاگرام تطبیق، ابتدا مشخصات و ابعاد محموله اپتیکی، سپس ابعاد و جرم ماهواره و پس از آن قابلیت تولید گشتاور و ظرفیت مومنتوم چرخ های عکس العملی و مومنتومی تخمین زده شده است.

    کلیدواژگان: ماهواره چابک، سنجش از دور، قابلیت جاروب غیرفعال، محموله تصویربرداری، تعیین و کنترل وضعیت، سایزینگ عملکردی، دیاگرام تطبیق
  • احسان صیامی، رضا محمدی*، وجیهه زرین پور صفحات 43-52

    هدف از انجام تحقیق حاضر بررسی بیان تعدادی از ژن‏ها به منظور ارزیابی اختلالات ناشی از تغییرات فشار در فضانوردی و غواصی در بیماری رفع فشار بود. این تحقیق بر روی 5 غواص ماهر انجام شد و سطح بیان ژن‏های TLR-2 ,HSP-72, IL-1b, NF-kBو MPO که مسیول شرایط پیش التهابی می ‏باشند و همچنین سطح بیان ژن‏های شاخص فضانوردی یعنی DRD4 و BNIP3 بر روی نمونه‏ های بومی ایرانی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نمونه خونی نیم ساعت پس از انجام غواصی گرفته شد، RNA آنها استخراج و cDNA سنتز شد. با استفاده از آغازگرهای اختصاصی، واکنش‏های PCR real-time انجام شد. آنالیزهای آماری T-Student نشان داد که سطح بیان تمام ژن‏‏ها به جز ژن‏‏های MPO و TLR-2 پس از قرار گیری در تغییرات فشار و فعالیت‏های غواصی افزایش چشمگیری داشته است. این تغییرات می تواند به عنوان شاخصی برای افراد سالم تحت استرس فشار در فضا نوردی و همینطور در غواصی در نظر گرفته شود.

    کلیدواژگان: بیان ژن، تغییرات فشار، بیماری رفع فشار، پیش التهابی، فضانوردی، آغازگر، PCR real-time
  • محمدجواد پوستینی*، سید حسین ساداتی، یوسف عباسی، سید مجید حسینی صفحات 53-65

    طراحی مسیر بهینه غیرهم زمان، یکی از راهکارهای مورد استفاده برای هدایت فضاپیما های بازگشتی و قابل استفاده مجدد است. در این رویکرد بسیاری از قیود و محدودیت های مسیله قابل بررسی می باشد بدون اینکه مسیله ی زمان و حجم محاسبات محدودیتی را ایجاد نماید. در طراحی مسیر بهینه قیود گوناگونی قابل اعمال می باشند که با حذف و اضافه نمودن آن ها عملکرد بهینه ساز قابل ارتقا است تاجاییکه می توان آن را به عنوان کاندید روش هم زمان معرفی نمود. از آنجاییکه اکثر روش های بهینه سازی نیازمند حدس اولیه اند، در این تحقیق با استفاده از مدیریت حدس اولیه، نسبت به کاهش قیود در مسیله بهینه سازی و انتقال آن ها به فاز مربوطه به حدس اولیه اقدام شده است. لذا قیودی مانند خطا و زاویه برخورد از طریق به کارگیری روش های هدایت کلاسیک مدیریت شده و سپس خروجی این روش ها به عنوان حدس اولیه به بهینه ساز ارایه می گردد. نتایج شبیه سازی شش درجه آزادی نشان دهنده ارتقای دقت و کاهش زمان محاسبات بهینه است.

    کلیدواژگان: طراحی مسیر بهینه، هدایت بازگشت به جو، حدس اولیه برای بهینه سازی، هدایت کلاسیک
  • عبدالمجید خوشنود*، علی امین زاده، پیمان نیک پی صفحات 67-76

    تلاطم سیال در سیسم مخازن سوخت یکی از منابع تولید ارتعاشات در سیستم های دینامیکی می باشد. مشکل اصلی حذف این ارتعاشات این است پارامترهای آن زیر تحریک هستند و عملگر مستقیمی برای کنترل ارتعاشات آن وجود ندارد. در این مقاله از ایده عملگر مجازی برای کاهش ارتعاشات حاصل از تلاطم استفاده شده است. برای این هدف مدلسازی اثر تلاطم با بهره گیر یاز مدل جرم و فنر انجام شده و سپس کنترل کننده مورد نظر با بهره گیری از روش های بهینه خطی و ایده عملگر مجازی طراحی و شبیه سازی شده است. ایده عملگر مجازی بر اساس وجود فرضی عملگر در پارامترهای تلاطم عمل می کند و عملا موجب می شود یکی از عملگرهای واقعی سیستم حذف شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد روش ارایه شده می تواند اثر ارتعاشات تلاطم را به طور قابل توجهی بدون اضافه کردن عملگر واقعی جدید کاهش دهد.

    کلیدواژگان: تلاطم سوخت، فضاپیما، مدل جرم و فنر، عملگر مجازی، کنترلر LQR
  • نوربخش فولادی*، ندا سادات صدیقی رنانی صفحات 77-92

    در این مقاله به ارایه الگوریتم و نرم افزاری جامع جهت طراحی مفهومی موتورهای موشکی با مولفه-های پیشران سرمازا، پرداخته شده است. در الگوریتم، پنج چرخه کاربردی تغذیه تحت فشار، مولدگازی، احتراق مرحله ای، انبساطی بسته و باز مدلسازی شده است. به منظور صحت سنجی، موتورهایVulcain و HM7B، بازطراحی و مقایسه نتایج حاصل با اطلاعات واقعی بیانگر خطای کمتر از 5 درصد پارامترهای اصلی طراحی و کمتر از 20 درصد درسایر پارامترها است که در مرحله طراحی مفهومی از دقت کافی برخوردارند. از مزایای این نرم افزار وجود قریب150 پارامتر و 14 نمودار مربوط به رفتار جریان در محفظه تراست و جلیقه خنک کاری در خروجی است که امکان مطالعه پارامتریک تاثیر تغییرات ورودی ها بر خروجی ها را فراهم می نماید. مدلسازی توابع موجود در الگوریتم و محاسبات مربوط به احتراق با استفاده از نرم افزارهایMATLABوCEAانجام گرفته و نهایتا با ادغام در محیط برنامه نویسی Visual studio و با استفاده از زبان برنامه نویسی C#، نرم افزاری با رابط کاربری گرافیکی کاربرپسند ارایه شده است.

    کلیدواژگان: الگوریتم طراحی موتور موشکی، سامانه پیشرانش موشکی سوخت مایع، طراحی مفهومی موتور موشکی، موتور موشکی سرمازا، نرم افزار طراحی موتور موشکی
  • محمدرضا سلیمی* صفحات 93-110

    در این تحقیق، محفظه تجزیه یک رانشگر تک مولفه ای بر پایه سوخت هیدرازین بصورت عددی شبیه-سازی شده است. بستر کاتالیستی مورد بررسی دو جزیی بوده و اثرات پارامترهایی مانند ضخامت ناحیه بالادستی و قطر ذرات تشکیل دهنده آن روی عملکرد محفظه تجزیه بررسی می شوند. در این راستا سه قطر گرانول استاندارد با عدد مش 16.5، 25 و 30 با ضخامت های ناحیه بالادستی (mm) 2.5، (mm) 5 و (mm) 7.5 در یک بستر کاتالیستی به طول (cm) 6.5 مورد مطالعه قرار گرفته اند. شبیه سازی ها برای دو نوع گرانول در بستر اصلی با قطرهای استاندارد (in) 8/1 و (in) 16/1 در ضرایب بارگذاری (kg/m2s) 16.5، (kg/m2s) 25 و (kg/m2s) 35 انجام گرفته است. نتایج حاصل نشان می دهند که میزان تاثیرگذاری بخش بالادست بستر کاتالیستی به شدت به نسبت اندازه ذرات تشکیل دهنده بستر اصلی به ناحیه بالادستی وابسته است. همچنین، طول ناحیه بالادستی و بارگذاری بستر پارامترهای مهمی در میزان تاثیرگذاری ناحیه بالادستی بشمار می روند.

    کلیدواژگان: رانشگر تک مولفه، بستر کاتالیست، شبیه سازی عددی، بستر دو بخشی
  • سعید حبیبا*، حمید کاظمی، میلاد صادقی صفحات 111-124

    فعالیت‎های فضایی که از گذشته برای دولت‎ها به عنوان بازیگران اصلی و سنتی صنعت فضایی، اهمیتی فوق‎العاده داشته، امروزه برای اشخاص غیر دولتی و خصوصی نیز که بازیگران جدید صنعت فضایی محسوب می‎شوند، جذابیت ایجاد کرده است. بی‎گمان در این عرصه، فناوری پیش‎شرط اجرا و توسعه فعالیت‎های فضایی است. دولت‎های درحال توسعه و کمتر توسعه یافته، سعی میکنند با تصویب قوانین ملی فضایی راه را برای انجام این فعالیت‎ها هموار کنند، ولی باید گفت که هنوز در این مسیر موانع زیادی موجود است. یکی از این موانع، قوانین و مقررات محدودکننده‎ کشورهای پیشرفته و توسعه یافته نسبت به انتقال فناوری در صنعت فضایی است. شناسایی ابعاد این موانع و محدودیت‎ها و ارزیابی آنها از نقطه نظر حقوق مالکیت فکری، موضوع این مقاله است. تنازع و برخورد میان گرایش به سمت تجاری‎سازی فعالیت‎های فضایی و کنترل شدید بر انتقال فناوری در صنعت فضایی یکی از نتایجی است که این مقاله به آن دست یافته است.

    کلیدواژگان: فضای ماورای جو، نامه تریپس، کنترل صادرات، قوانین و مقررات ملی فضایی، موافقت&lrm، نامه واسنار، رژیم کنترل فناوری موشکی
  • حانیه اسحاق نیا*، مهران نصرت الهی، امیرحسین آدمی، هادی دستوری صفحات 125-141

    تقریبا در تمامی ماهواره برها از سیستم پیشرانش توربوپمپی استفاده شده است. با ارتقاء فناوری های ساخت، خصوصا در استفاده از سازه های کامپوزیتی و سبک، استفاده از سیستم های پیشرانش غیر توربوپمپی با توجه به کاهش هزینه های عملیاتی مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق به طراحی بهینه چندموضوعی یک ماهواره بر دو طبقه با استفاده از سیستم پیشرانش تحت فشار برای هر دو طبقه پرداخته شده است. دو دسته اصلی سیستم های پیشرانش غیر توربوپمپی شامل سیستم تغذیه رگلاتوری و دمشی در ساختارهای مختلف در دو طبقه ماهواره بر مورد ارزیابی قرار گرفته است. استخراج جواب بهینه و ممکن ماموریت پرتابگر نیز به عنوان یک متغیر طراحی در الگوریتم بهینه سازی اضافه شده است. بر این اساس پرتابگری برای رسیدن ارتفاع مداری مشخص با قدرت حمل حداکثر بارمحموله و حداقل جرم برخاست برای هر ساختار پرتابگر استخراج و معرفی گردیده است. برای این منظور از چارچوب طراحی بهینه چندموضوعی AAO استفاده گردیده است. بهینه ساز سطح سیستم و زیرسیستم الگوریتم تلفیقی GA-SQP انتخاب شده است.

    کلیدواژگان: پرتابگر، طراحی بهینه چندموضوعی، سیستم پیشرانش تحت فشار، سیستم رگلاتوری و دمشی، طراحی سیستمی
|
  • Reza Kohandani, Ali Davar *, Mohsen Heydari Beni, Jafar Eskandari Jam, Majid Eskandari Shahraki Pages 1-21
    In this research the free vibration analysis of simply supported grid stiffened doubly curved shells by using a refined higher order theory is presented. The advantage of the present theory in comparison with other higher order theories is investigation of the effects of trapezoidal shape factor in the stress resultants in order to obtain more accurate frequency results. The governing equations of motion and boundary conditions are obtained using Hamilton’s principle and solved by using the Galerkin method. In the case of grid stiffened shells, a distribution function is introduced for describing the physical discontinuity between the ribs and the bays. The results are validated by making comparison to those existed in the literature or those obtained using the present numerical simulation in ABAQUS/Standard solver. In most cases, validations illustrated excellent agreement between the results . Finally, the effects of geometrical properties, material property and layup on the frequency responses of the shell are discussed.
    Keywords: Free vibration, Doubly curved shells, Composite, Grid stiffened structure, Higher order shell theory, Trapezoidal shape factor
  • Amir Reza Kosari *, Alireza Ahmadi, Alireza Sharifi, Masoud Khoshsima Pages 23-42

    Very High Resolution Passive Scan Agile Earth Observation Satellites are able to maneuver around all their three body axes and scan the target area in different directions, simultaneously. The most stringent mid-level requirements which dominate their attitude determination and control subsystem performance are applied in detumbling and fine pointing modes. These performance requirements are maneuverability, agility, accuracy and stability. In this research, first, we derive the analytical and statistical relationships between quantitative criteria of mid-level requirements and spatial resolution as a high-level mission requirement, next the design drivers of reaction wheels are extracted consequently. Then the size, mass and consuming power of an operational satellite and the reaction wheels torque authority and momentum capacity is guesstimated based on its imaging payload size and specifications.

    Keywords: Agile satellite, Remote Sensing, Earth Observation, Passive Scan, imaging payload, Attitude determination, control subsystem, Performance Sizing, Matching Diagram
  • Ehsan Siami, Reza Mohammadi *, Vajiheh Zarrinpour Pages 43-52

    This study evaluates the expression level of genes that change by pressure changes in astronautics and diving disorders such as decompression sickness. This study was performed on five skilled divers to analyze the expression level of TLR-2, HSP-72, IL-1b, NF-kB, and MPO genes that are responsible for pro-inflammatory conditions. In addition, the expression level of DRD4 and BNIP3 genes (Astronaut index genes that were previously measured in a spacecraft study on mice) was analyzed on native Iranian samples. Blood samples were taken half an hour after diving, RNA was extracted, and cDNA was synthesized. Then, real-time PCR was done. Based on the results obtained using the T-Student statistical method, it was found that the expression level of all genes except MPO and TLR-2 genes increased significantly after exposure to pressure changes and diving activities. These conditions can be a permanent effect after pressure changes and can be considered an indicator for healthy people under stress in diving and astronautics.

    Keywords: Gene expression, Decompression sickness, pro-inflammatory, astronautics, primer, Real-Time PCR, pressure changes
  • Mohammad Javad Poustini *, Seyed Hossein Sadati, Yosof Abbasi, Seyyed Majid Hosseini Pages 53-65

    Trajectory optimization is a familiar method for most of re-entry and Re-usable vehicles. This is because of the ability to include almost all of the problem constraints without facing restrictions such as time & Calculation issues. Adding or removing constraints in trajectory optimization problem has significant effects on overall optimization performance which even can upgrade the method to an on-line process. Most of optimization Algorithms such as nonlinear-programming need an initial guess and are also sensitive to it. Hence in this research management of initial guess is done to remove some constraints from optimization problem and transfer them to initial phase. Accordingly an effort is conducted through using a classic guidance method to satisfy constraints of distance error and angle of impact command. The output of guidance initial guess is then fed to the optimization problem. 6Dof Simulation results show the increase of optimization performance via reduced number of iterations and Optimization time and increased solution accuracy.

    Keywords: Optimal Trajectory Design, Optimal guidance, Initial Guess for Optimization, Classic Guidance. Reentry
  • Abdolmagid Khoshnood *, Ali Aminzadeh, Peyman Nikpey Pages 67-76

    This paper is dedicated to modeling of fuel sloshing dynamics and its effect on the stability and control of the space vehicle. Sloshing due to the liquid movement in the fuel tank of a space vehicle's propulsion system can be effective on the vehicle’s control and stability. Force and moment interaction between fuel sloshing and space vehicle’s control system will be appeared as a feedback in the control system. With respect to simplicity of analyzing of a rigid body's equations of motion in comparison with a fluid dynamics equations and as a result reducing computational efforts, it is possible to apply a mechanical model instead. So in this paper fuel sloshing is modelled as a linear mechanical system to investigate its effect on the stability and control of the vehicle. For this purpose, two mechanical models, mass-spring and pendulum systems, are applied to model dynamics of a space vehicle with fuel sloshing and each system’s parameters are evaluated for simulat

    Keywords: Fuel Sloshing, Spacecraft, mass-spring model, Virtual actuator, LQR
  • Nourbakhsh Fouladi *, Neda Sadat Seddighi Renani Pages 77-92

    In this article, a universal algorithm and engineering software is presented for the conceptual design of cryogenic rocket propulsion system. The algorithm consisting five engine working cycles: pressure fed, gas generator, staged combustion, closed and opened expansion cycles. For validation, the Vulcain and HM7Bengines were redesigned, the obtained results certifies that the main design parameters have less than 5% errors and the other less than 20%. One of the advantages of this software is the presence of abut150 parameters in the output and 14 diagrams related to the flow behavior in the thrust chamber and cooling vest, which allows the parametric study of the effect of input changes on the outputs.The modeling of mathematical functions and the combustion has been done, by using the MATLAB and CEAsoftware. Finally, by merging in Visual studio programming environment and with the help of C# programming language, a software with GUI is presented.

    Keywords: Rocket Propulsion Design Algorithm, Liquid Propellant Rocket Propulsion System, Rocket Propulsion Conceptual Design, Cryogenic Rocket Engine, Rocket Propulsion Design Software
  • Mohammad Reza Salimi * Pages 93-110

    In present study, a hydrazine based monopropellant thruster decomposition chamber is simulated numerically. The catalyst bed separated in two sides, the particles size in upstream side is larger than those in downstream side. Effects of upstream side length and its particles diameter on catalyst bed characteristics were investigated. To this end, three standard particles sizes of mesh: 16.5, 25 and 30 for the upstream side and two standard particles diameter of 1/8 and 1/16 (in) for downstream side were analyzed. Additionally, three upstream side lengths of 2.5, 5 and 7.5 (mm) were used while the length of bed is 6.5 (cm). Simulations were performed in three bed loading coefficients of 16.5, 25 and 35 (kg/m2s). The related results showed the effectiveness of upstream side on flow and thermal fields are strongly depends on the ration of particles sizes in upstream and downstream sides. Moreover, the upstream side length and bed loading are two important factors affecting the upstream side effectiveness.

    Keywords: Monopropellant thruster, Catalyst Bed, numerical simulation, two-sided bed
  • Saied Habiba *, Hamid Kazemi, Milad Sadeghi Pages 111-124

    From the past, space activities which has been extremely important for governments as the main and traditional players in the space industry, are now attractive to non-governmental and private individuals, who are the new actors in the space industry. Undoubtedly, in this field, technology is a prerequisite for implementation and development of space activities. Developing and less developed governments are trying to pave the way for these activities by passing national space legislations, but it should be noted that there are still many obstacles in this way. One of these obstacles is existence of restrictive acts and regulations of developed countries on transfer of technology in space industry. Identifying dimensions of these barriers and limitations and evaluating them from the standpoint of intellectual property rights is the subject of this article. The conflict between tendency towards commercialization of space activities and tight control over technology transfer in the space industry is one of the results that this article has achieved.

    Keywords: Export Control, Missile Technology Control Regime, National Space Laws, Regulations, Outer Space, The TRIPS Agreement, The Wassenaar Arrangement
  • Hanieh Eshaghnia *, Mehran Nosratollahi, Amirhossain Adami, Hadi Dastoury Pages 125-141

    Turbopump propulsion systems have been used in almost all launch vehicles. With the advancement of manufacturing technologies, especially in the use of composite and lightweight structures, the use of non-turbopump propulsion systems has been considered due to the reduction of operating costs. This study has been investigated the multi-disciplinary optimization design of a two-stage launch vehicle using a pressure-fed propulsion system for both stages. Two main propulsion systems including gas-pressure and self-pressure feeding systems, have been evaluated in different configurations on two launcher stages. To extracting the optimum and possible solution, the launcher mission also has been added as a design variable in the optimization algorithm. The launcher has been extracted and introduced for each specific configuration of the launcher to achieve a certain orbital altitude with the maximum carrying payload and minimum gross mass. For this purpose, the AAO multidisciplinary optimization design framework has been used. The system-level and subsystem optimizer of the GA-SQP algorithm have been chosen.

    Keywords: launcher, Multidisciplinary optimization design, Pressure-fed propulsion system, Gas-pressure, self-pressure system, system design