فهرست مطالب

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی - پیاپی 1 (بهار و تابستان 1400)

نشریه علوم، فناوری و کاربردهای فضایی
پیاپی 1 (بهار و تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/06/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • احسان معانی میان دوآب، احسان ذبیحیان*، حسین نجفی صفحات 1-14

    در این مقاله به صورت تجربی به شناسایی دینامیک حاکم بر آنتن ماهواره کیوب ست و استخراج پارامترهای فیزیکی آن پرداخته می شود. برای این منظور آنتن ماهواره به صورت یک تیر هوشمند مجهز به یک سنسور پیزوالکتریک خمشی در نظر گرفته شده و مدل ریاضی حاکم بر آن بر اساس معادله تیر اویلر-برنولی و با در نظر گرفتن معادلات حاکم بر کوپلینگ الکترومکانیکی سنسور پیزوالکتریک استخراج می شود. معادلات مشتقات جزیی بر اساس مود ارتعاشی اول تیر و با استفاده از روش گالرکین یه یک معادله دیفرانسیل تیدیل می شود که پارامترهای میرایی و فرکانس طبیعی آنتن نامعلوم می باشد. با انجام تست های تجربی و ثبت نتایج با سنسور پیزوالکتریک، پارامترهای مجهول آن مانند میرایی و فرکانس طبیعی استخراج شده است. برای محاسبه میرایی از روش حداقل مربعات خطا و برای تعیین فرکانس از تبدیل فوریه سیگنال خروجی استفاده می گردد. مقایسه نتایج به دست آمده از مدل با نتایج تجربی نشان مدل می دهد مدل ریاضی در تعیین دامنه ارتعاشات آنتن دارای خطای کمتر از 10% و هم چنین برای تعیین فرکانس ارتعاشات دارای خطای کمتر از 1% بوده و می توان از این مدل در تعیین رفتار دینامیکی آنتن در شرایط مختلف ماهواره استفاده نمود. نوآوری اصلی این مقاله ارایه یک متدلوژی مشخص برای شناسایی دینامیک آنتن ماهواره با استفاده از سنسور پیزوالکتریک و استخراج پارامترهای نامعلوم آنتن با ترکیب روش حداقل مربعات خطا و تیدبل فوریه می باشد

    کلیدواژگان: آنتن ماهواره، سنسور پیزوالکتریک، فرکانس ارتعاش، شناسایی سیستم
  • محمود حسنلو، مهدی کارگهی، شاهرخ جلیلیان* صفحات 13-24
    این مقاله به بررسی تاثیر زمانبندی وظایف بر روی طول عمر یک سیستم بی درنگ سخت که از مخزن انرژی مرکب متشکل از باتری و ابرخازن و برداشتگر انرژی خورشیدی برای تامین انرژی خود استفاده می کند، می پردازد. منظور از طول عمر سیستم در این مستند لحظه شروع به کار سیستم تا لحظه مختل شدن وظایف آن به دلیل نبود انرژی است. با توجه به خواص غیرخطی باتری و ابرخازن که موجب می شود شارژ داخلی آن ها در دو بخش در دسترس (IAC) و غیرقابل دسترس (IUC) تقسیم شود، طول عمر چنین سیستمی کاملا به الگوی شارژ و دشارژ مخزن انرژی وابسته است زیرا این الگو نهایتا منجر به میزان شارژ ذخیره شده در بخش IUC و میزان شارژ استخراج شده از این بخش می شود. بنابراین با مدیریت الگوی شارژ/دشارژ مخازن انرژی می توان روی طول عمر سیستم و افزایش آن تاثیرگذار بود. از آنجایی که الگوی رسیدن انرژی از محیط خارج از کنترل سیستم است، ایده اصلی این مقاله تاثیرگذاری بر روی الگوی شارژ/دشارژ مخزن از طریق تنظیم الگوی مصرف انرژی است تا در نهایت طول عمر سیستم بهبود یابد. در این راستا، ابتدا دو الگوریتم زمانبندی MCF و MGF که به ترتیب سعی در اجرای پرمصرف ترین و کم مصرف ترین کار حاضر در سیستم هستند ارایه می شوند. سپس الگوریتم MCG که در هر برهه از زمان با توجه به شرایط در مورد استفاده از یکی از الگوریتم های مذکور تصمیم می گیرد، ارایه شده است. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که این الگوریتم بین 5% تا 16% طول عمر سیستم را افزایش می دهد. با توجه به اینکه در سالهای اخیر موضوع استفاده از ابرخازن در کنار باتری و سلولهای خورشیدی در سامانه های فضایی مطرح شده است، لذا نتایج این تحقیق می تواند برای استفاده در ماهواره ها نیز کاربرد داشته باشد.
    کلیدواژگان: برداشتگر انرژی، باتری، زمان بندی، طول عمر سیستم، سیستم های بی درنگ
  • آروین تقی زاده تبریزی*، حسین آقاجانی، فرهاد فرهنگ لاله صفحات 25-35
    با وجود چگالی پایین و نسبت استحکام به وزن بالای تیتانیوم، این فلز به دلیل داشتن خواص سطحی ضعیف مانند مقاومت به سایش پایین، مستعد وقوع جوش سرد در کاربردهای فضایی و تحت سایش این فلز است. برای بهبود این خاصیت تیتانیوم، اعمال پوشش های محافظ موثر است. پارامترهای فیزیکی مقاومت به سایش، چسبندگی پوشش به سطح و ریزسختی سطح پوشش به دست آمده، می توانند بر جوش سرد تاثیرگذار بوده و تقویت این پارامترها باعث جلوگیری از این پدیده می شود. بنابراین، در پژوهش پیش-رو، با اعمال نیتروژن دهی پلاسمایی بر روی پوشش کروم اعمال شده بر روی تیتانیوم مورد استفاده در سازه های فضایی به بررسی رفتار تریبولوژیکی آن (مقاومت به سایش، چسبندگی و ریزسختی سطح) پرداخته شده است. نتایج نشان دهنده تشکیل پوشش نیترید کروم بر روی زیرلایه تیتانیومی در اثر اعمال نیتروژن دهی پلاسمایی بر روی پوشش کروم بوده که به طبع آن افزایش ریزسختی سطح تا مقدار 1109 ویکرز و بهبود مقاومت به سایش و چسبندگی پوشش را به همراه داشته است. مقدار ضریب اصطکاک تا مقدار 16/0 کاهش یافته است که از وقوع جوش سرد می تواند به خوبی جلوگیری کند.
    کلیدواژگان: تیتانیوم، شرایط فضایی، جوش سرد، پوشش کروم، نیترید کروم، نیتروژن دهی پلاسمایی
  • سید علیرضا جلالی چیمه، علی مددی*، سید مصطفی صفوی همامی، جواد امامی صفحات 36-52

    در سیستم های پیچیده ای مانند ماهواره، طراحی یک زیرسیستم می تواند همه مشخصات ماهواره را تحت تاثیر قرار دهد و باید به طور همه جانبه اثرات طراحی بر سیستم بررسی شود. برای طراحی چنین زیرسیستمی لازم است اثرات هر انتخاب بر سایر بخش ها مورد بررسی قرار گیرد و طراحی به صورت چند متغیره پیش برود. به دلیل افزایش زباله های فضایی، زیر سیستم پیشرانه به عنوان راهکاری برای کاهش خطر برخورد در فضا مطرح است. همچنین یکی از راه های دستیابی به مدار با ارتفاع بالاتر انجام مانور مداری با استفاده از پیشرانه ماهواره در مدار پارک است.به دلیل عدم نیاز به فناوری های پیچیده، رزیستوجت می تواند راهکار ارزان قیمت برای نیازمندی های کشور باشد. در این پژوهش با دیدگاه سیستمی، زیرسیستم پیشرانه از نوع رزیستوجت برای یک ماهواره مکعبی طراحی شده است. ماموریت در نظر گرفته شده برای پیشرانه این ماهواره مانور کاهش ارتفاع مداری است. در انتها الگوی طراحی برای پیشرانه های الکتریکی پیشنهادشده است.

    کلیدواژگان: طراحی سیستمی، رزیستوجت، پیشران الکتریکی، مانور مداری، ماهواره مکعبی
  • بهروز رئیسی*، فاطمه غفرانی صفحات 53-64
    یکی از حساسه هایی که با کمک آن می توان تعیین وضعیت ماهواره را انجام داد حسگر افق زمین می باشد. این حسگرها عموما در دو نوع ایستا و جاروبی تقسیم بندی می شوند. در نوع ایستا یک آرایه دوبعدی یا چند آرایه خطی اطلاعات تصویری از زمین را در یک لحظه اخذ و سپس محاسبات تعیین وضعیت را انجام می دهند اما در نوع جاروبی یک حساسه تک نقطه ای با کمک یک سامانه مکانیکی که تغییر مسیر پرتو آن را انجام می دهد، داده گیری می نماید. رویه پیشنهادی این تحقیق، ایستا و بر اساس آرایه دوبعدی می باشد که در آن برخلاف سایر الگوریتم‎های تصویری، نیازی به داده ارتفاع نمی‎باشد. برای استخراج معادلات، برداری که از نقطه روزنه دوربین بر سطح افق زمین مماس شده است در نظر گرفته شده و این بردار واحد در دو دستگاه مختلف مختصات بدنه و مختصات پایه که به زمین متصل است، استخراج می گردد. با مساوی قرار دادن این دو، معادله ای با سه مجهول پیچش، چرخش و ارتفاع بدست می آید که مختصات هر پیکسل قرار گرفته بر روی افق زمین این معادله را ارضاء می نماید. بنابراین دستگاه معادلاتی با تعداد نقاط تصویر که تشکیل افق زمین را داده اند و سه مجهول تعیین وضعیت تشکیل می گردد که با حل عددی معادلات، مجهولات تخمین زده می شود.
    کلیدواژگان: حسگر افق زمین ایستا، ماهواره، تعیین وضعیت، مبدل تصویری آرایه دوبعدی
  • محمدباقر بهرامی* صفحات 65-80

    یکی از بحرانی ترین نکات طراحی در ماهواره ها، رسیدن به حداقل جرم (یا وزن) با تامین تمامی الزامات و قیود (قیود استحکام، جانمایی و ارتعاشات اشاره) حاکم می باشد. در این میان سازه می تواند نقش بسیار مهمی ایفا نماید زیرا طراح سازه در مقایسه با سایر زیرسیستم ها آزادی عمل بیشتری در تعیین طرح سازه داراست. در مطالعه حاضر روند طراحی سازه یک ماهواره کوچک، با هدف دستیابی به کمترین وزن ممکن و حفظ ملزومات حاکم (قید ارتعاشی)، مورد بررسی قرار گرفته است. فرآیند طی شده برای رسیدن به هدف فوق تغییر در ابعاد هندسی سازه می باشد. مراحل مدلسازی ماهواره با تمامی زیرسیستم ها در نرم افزار solidwork انجام شده و در نرم افزار ANSYS تحلیل های مودال، استحکام و ارتعاشات اتفاقی صورت گرفته است. همچنین با استفاده از قابلیت بهینه سازی الگوریتم ژنتیک در این نرم افزار پارامترهای هندسی سازه نظیر ضخامت تقویت کننده ها به گونه ای به دست آمده اند که سازه به کمترین وزن ممکن و با ارضا شرایط حاکم برای قیود ارتعاش، استحکام و ارتعاشات اتفاقی رسیده است. نتایج نشان می دهد که با انتخاب درستی از ضخامت تقویت کننده ها می توان وزن و فرکانس مود اول ماهواره را به میزان قابل توجهی کاهش داده و در عین حال سازه نهایی بهینه، نیز تمام قیود اعمالی از پرتابگر را ارضا نموده و از استحکام و سفتی کافی برخوردار است.

    کلیدواژگان: طراحی سازه ماهواره، بهینه سازی، الگوریتم ژنتیک، ارتعاشات ماهواره، ارتعاشات اتفاقی
  • سید جاوید میراحمدی*، محسن حامدی، مائده السادات ضوئی صفحات 81-90

    آلیاژ Ti-6Al-4V یکی از پرکاربردترین مواد در صنایع هوافضا است. به عنوان نمونه، مخزن سوخت حامل های ماهواره از جنس آلیاژ مذکور ساخته می شوند. در میان فرآیندهای ساخت، فرآیندهای شکل دهی یکی از حوزه های پرکاربرد در ساخت قطعات از جنس Ti-6Al-4V است. با توجه به اهمیت تعیین حد مجاز تغییر شکل در طراحی موفق فرآیند شکل دهی قطعات از جنس آلیاژ Ti-6Al-4V، در این مقاله به مطالعه مقدار آسیب بحرانی پرداخته شد. بدین منظور قطعاتی با هندسه دو مخروطی دارای شیار بر روی قطر بیشینه با دو ریزساختار اولیه هم محور و لایه ای ساخته شدند و تحت آزمون فشار داغ قرار گرفتند. نتایج بررسی نشان داد که ریزساختار اولیه هم محور به خوبی تحمل آسیب انباشته را فراهم می کند و تا آسیب 2.38، 2.67 و 5.89 به ترتیب بر اساس معیارهای کاک کرافت-لاتام، بروزو و مک کلینتوک ترکی بر روی قطعات مشاهده نشد. اما در صورتی که نمونه اولیه دارای ریزساختار لایه ای باشد، حد تحمل آسیب به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد و آسیب بحرانی از تطابق نتایج شبیه سازی اجزای محدود با آزمون تجربی به ترتیب بر اساس معیارهای کاک کرافت-لاتام، بروزو و مک کلینتوک برابر 0.02±1.05، 0.02±1.03 و 0.05±2.56 به دست آمد.

    کلیدواژگان: شکست نرم، آسیب بحرانی، آلیاژ تیتانیوم، تغییر شکل
  • آتنا عبدی، حمیدرضا زرندی*، شاهرخ جلیلیان صفحات 92-106

    در این مقاله روش زمان بندی و نگاشت مبتنی بر الگوریتم فرامکاشفه ای بهینه سازی ازدحام ذرات (MOPSO) باهدف بهبود طول عمر به عنوان اساسی ترین چالش طراحی سیستم های نهفته چندپردازنده ای که جهت فرماندهی و مدیریت داده ها در سیستم های ماهواره ای بکار می روند ارایه شده است. بدین منظور سایر چالش های طراحی تاثیرگذار بر طول عمر شامل توان مصرفی، دمای تراشه و کارایی نیز در بهینه سازی وارد می شوند تا تاثیرات متقابل آن ها بر طول عمر سیستم لحاظ شود. وجود رابطه ناهمسو و متخاصم بین پارامترهای طراحی، منجر به پیچیده شدن فرایند بهینه سازی و جستجوی فضای طراحی در این مسیله می گردد. روش ارایه شده در این مقاله مبتنی بر الگوریتم بهینه سازی چندهدفی ازدحام ذرات می باشد که به دلیل جستجوی موثر فضای طراحی و درنظر داشتن همزمان تمامی پارامترها، گزینه مناسبی در حل مسیله زمان بندی و نگاشت وظایف هدف می باشد. در این روش، جمعیت اولیه متشکل از ترتیب های اجرای معتبر زمان بندی وظایف و نگاشت تصادفی آن ها بر هسته های پردازشی و سطوح مختلف ولتاژ و فرکانس کاری می باشد. با تغییر پارامترهای زمان بندی و نگاشت وظایف در جهت بهینه سازی تابع هزینه پیشنهادی در این مقاله در جمعیت اولیه طبق الگوریتم بهینه سازی MOPSO، فضای طراحی جستجو شده و نقاط مناسب با اهداف مسیله تعریف شده استخراج می گردند. در این حین، مقیاس پویای ولتاژ و فرکانس کاری سیستم و افزودن زمان های بیکاری به اجرا با هدف بهبود توان مصرفی و دمای تراشه و گسترش دادن فضای جستجو درنظر گرفته شده است. آزمایش های متعددی به منظور بررسی کارایی روش پیشنهادی و قابلیت های آن توسط محک های تصادفی و واقعی از برنامه های کاربردی انجام گرفته است. نتایج آزمایش های تجربی نشان داده اند روش پیشنهادی قابلیت جستجوی موثر فضای طراحی و استخراج جواب های بهینه در چند هدف به صورت پوسته Pareto را دارد. همچنین طبق مقایسه روش پیشنهادی نسبت به روش های مکاشفه ای موثر پیشین، میانگین بهبود 23%، 35%، 19% و 3% در کارایی، طول عمر، دمای تراشه و توان مصرفی نشان داده شده است که این بهبود بیانگر موثر بودن روش پیشنهادی در جستجوی موثر فضای طراحی و استخراج نقاط بهینه می باشد.

    کلیدواژگان: سیستم چندپردازنده ای تعبیه شده، طول عمر، توان مصرفی، زمان بندی و نگاشت وظایف، بهینه سازی چندهدفی، بهینه سازی ازدحام ذرات
  • سحر نوری، روژین شکری خانقاه*، محمد ندافی پور میبدی صفحات 108-124

    رانشگر گرمایش ماکروویو پیشرانه ای است که انرژی ماکروویو را به انرژی گرمایی تبدیل می کند. امروزه با گسترش تکنولوژی رانشگرهای الکتریکی از جهت تولید ضربه ویژه بالا و مصرف پایین بسیار حایز اهمیت هستند. این رانشگرها قادر هستند پیشران قابل قبولی را در مدت زمان زیادی به طور متوالی تولید کنند که برای ماموریت های انتقال مداری مارپیچ مناسب بوده و قابلیت به کارگیری دارند. در این نوع از رانشگرها، گاز پیشران گرم شده و منبسط می شود که باعث تولید نیروی پیشران و جلوبرندگی می گردد. در مقاله حاضر روند طراحی مفهومی یک رانشگر گرمایش ماکروویو ارایه شده است. سامانه پیشران شامل پیشران، تانک ذخیره پیشران، محفظه تشدید و منبع تولید انرژی است که این منبع شامل باتری و آرایه های خورشیدی می باشد. در این مقاله روش محاسبه جرم و مشخصات هر کدام به تفصیل ارایه شده است. در نهایت به منظور صحت سنجی روند طراحی مفهومی ارایه شده در این پژوهش، بررسی های لازم مورد مباحثه قرار گرفته است. طراحی مفهومی برای یک ماهواره 100 کیلوگرمی انجام شده است، که مطلوب است در طی یک هفته از ارتفاع مداری 300 به 800 کیلومتری طی یک انتقال مارپیج سفر کند. سامانه پیشران و جرم هر کدام از زیرسامانه ها بدست آمده است.

    کلیدواژگان: پیشرانش فضایی، پیشرانه الکتریکی، رانشگر گرمایش ماکروویو، طراحی مفهومی، جرم سامانه پیشران
  • مائده السادات ضوئی*، هادی گورابی، محمدرضا اشرف خراسانی، سعید اصغری ورزنه، سید جاوید میراحمدی صفحات 126-135
    سامانه های فضایی که در مدار نزدیک زمین (LEO) قرار می گیرند، در معرض عامل مخرب اکسیژن اتمی هستند. در ماموریت های طولانی مدت، نرخ تخریب مواد حاصل از واکنش با اکسیژن اتمی قابل توجه بوده و موجب افت عملکرد سازه می شود. با توجه به اثرات زیان بار اکسیژن اتمی بر روی مواد، انتخاب مواد مقاوم به اکسیژن اتمی و یا استفاده از پوشش های مقاوم سطحی بسیار متداول است. در این پژوهش مقاومت به خوردگی اکسیژن اتمی قطعه اینترکانکتور از یک سلول خورشیدی با اعمال پوشش پایه سیلیکونی مورد مطالعه قرار می گیرد. به منظور بررسی رفتار خوردگی اکسیژن اتمی از روش تست زمینی با شرایط معادل مدار LEO توسط تجهیز پلاسمای DC استفاده شده و در ابتدا پارامترهای تست زمینی خوردگی اکسیژن اتمی در شرایط معادل مدار LEO تعیین می شود. نتایج اعمال اکسیژن اتمی در این مطالعه نشان می دهد که مقدار حد فرسایش اکسیژن اتمی پوشش سیلیکونی در مقایسه با مقدار حد فرسایش اکسیژن اتمی زیرلایه نقره به میزان قابل توجهی کمتر است. همچنین بررسی سطح پوشش پس از اعمال اکسیژن اتمی توسط تصاویر SEM منجر به تعیین ضخامت بهینه پوشش می گردد. نتایج EDX نشان می دهد که پس از اعمال اکسیژن اتمی، تغییر قابل توجهی در ترکیب شیمیایی پوشش حاصل نشده است.
    کلیدواژگان: خوردگی اکسیژن اتمی، مدار LEO، پوشش سیلیکونی
|
  • Ehsan Maani Miandoab, Ehsan Zabihian *, Hossein Najafi Pages 1-14

    In all types of satellites, communication systems are utilized for data transmission between satellite and ground stations. pointing the communication antennas to the ground is necessary for the correct mission transmission information. The vibration of the satellite antenna leads to the deform antenna pattern, creating noise and reduction of connection quality. Moreover, working the attitude control actuators near the antenna's natural frequency leads to its resonance and large amplitude vibration in the antenna and satellite structure. Thus it is necessary to identify the satellite antenna dynamic behavior as natural frequency and damping ratio. In this paper the satellite antenna is intended as a smart beam, based on the free vibration of clamped-free beam shape of satellite antenna and sensing its vibration by the piezoelectric sensor, its dynamic characteristic as damping and frequency is identified and verified by comparing the results with experimental ones. The considered mathematical model has very accurate and this model can be used to determine the dynamic behavior of the antenna in different satellite secondary structures.

    Keywords: Satellite Antenna, Piezoelectric Sensor, Vibration Frequency, system identification
  • Mahmoud Hasanloo, Mahdi Kargahi, Shahrokh Jalilian * Pages 13-24
    In this paper, we investigate the effect of task scheduling on the lifetime of a real-time hard drive system that uses a composite energy tank consisting of a battery, a supercapacitor, and a solar energy picker to power supply itself. The life of a system is defined in terms of the moment the system starts up to the moment its tasks are disrupted due to lack of energy. Due to the nonlinear properties of batteries and supercapacitors, which cause their internal charge to be divided into available (IAC) and inaccessible (IUC), the lifetime of such a system depends entirely on the charging and discharging pattern of the energy tank, as this pattern ultimately leads to the amount of charge stored in the IUC section and the amount of charge extracted from this section. Therefore, we can influence the lifetime of the system and increase it by managing the charge / discharge pattern of energy tanks. Since the pattern of energy delivery from the environment is beyond the control of the system, we try to influence the tank charge / discharge pattern by adjusting the consumption pattern to ultimately improve the life of the system. In this regard, we have presented two scheduling algorithms MCF and MGF, which are respectively trying to perform the most consumed and least consumed task in the system, and then using the MCG policy, which at any time according to the conditions for using one of these decision algorithms are presented. Experimental results show that we can increase system lifetime by between 5% and 16%. Considering that in recent years the issue of using supercapacitors along with batteries and solar cells in space systems has been raised, so the results of this research can be investigated for use in satellites.
    Keywords: scheduling, real-time systems, Energy harvesting, Battery
  • Arvin Taghizadeh Tabrizi *, Hossein Aghajani, Farhad Farhang Laleh Pages 25-35
    Although regarding low density and high ratio of strength to weight of titanium, the application of this metal is restricted in space industry due to its low surface properties including low wear resistance which could lead to the cold weld. For improving this property of titanium, applying protective coatings are effective. Physical parameters, wear resistance, adhesion of applied layer, and surface microhardness are impressive and could avoid occurrence of the cold weld. Therefore, by applying plasma nitriding on chromium layer in titanium used in space constructions, tribological properties (wear resistance, adhesion and surface microhardness) were studied. Results confirmed the formation of nitride chromium phase on titanium substrate due to the applying plasma nitriding on chromium layer and increasing the surface microhardness up to 1109 HV and improving the wear resistance and adhesion subsequently. The value of the friction coefficient was decreased down 0.16 which could avoid the cold weld occurrence.
    Keywords: Titanium, Space Construction, Cold Weld, Chromium Layer, Nitride Chromium, plasma nitriding
  • Seyed Alireza Jalali Chimeh, Ali Madadi *, Seyed Mostafa Safavi Homami, Javad Emami Pages 36-52

    In complicated systems such as satellites, each subsystem's design can affect the design of the overall system. In the design procedure, the effect of each technology on the other components should be determined. Because of the increase in space trash, the propulsion subsystems are introduced to avoid collision in space. One of the methods to attain high altitude orbits is flight maneuvers using propulsion systems. Several types of propulsion systems are utilized in satellites. Resistojets can be employed as low-cost propulsion systems for satellites because they do not use complicated technologies. In the present research, a resistojet propulsion system is designed for a CubeSat for the mission of orbital altitude reduction. The propellant is selected considering all properties. The design of the nozzle and the heater is also introduced. The overall layout of the system is presented. In the end, an algorithm is proposed for electrical propulsion systems for a specified mission.

    Keywords: system design, resistojet, electrical propulsion, Orbital maneuver, cube satellite
  • Behrooz Raeisy *, Fatemeh Ghofrani Pages 53-64
    Various sensors can be used to attitude determination of a satellite, including the Earth Horizon Sensor. These sensors generally divided into two static and scanning types. In the static type, a two-dimensional array or several linear arrays capture instantly the Earth image information to attitude determination. In the scanning type sensors, a narrow-band optical beam mechanically sweeps a ring of space to find the crossing point of the beam to the Earth using a single spot detector. In this research, a new algorithm for a static earth horizon sensor with a two-dimensional array is presented. The algorithm does not need elevation of the sensor and this is the main advantage with respect to old ones. To extract the equations, a tangent vectors from the aperture of the pine-hole camera to the Earth is considered and this vector is extracted in two different body coordinates and base coordinates that are connected to the ground. By equating the two, an equation with three unknowns of pitch, roll and elevation is obtained. The equation is satisfied by each pixel on the Earth horizon Thus; the system of equations is formed by the number of the Earth horizon pixels in the camera image and by numerical solving of the equations unknown parameters are estimated.
    Keywords: Static Earth Horizon Sensor, Attitude determination, satellite, 2D image detector
  • Mohamad Baghr Bahrami * Pages 65-80

    One of the most critical design points in satellites is to achieve the minimum mass (or weight) by meeting all the requirements and constraints (constraints on strength, location and pointing vibrations). In this regard, the structure can play a very important role because the structural designer has more freedom of action in determining the design of the structure compared to other subsystems. In the present study, the process of designing the structure of a small satellite, with the aim of achieving the lowest possible weight and maintaining the prevailing requirements (vibration constraint), has been investigated. The process used to achieve the above goal is a change in the geometric dimensions of the structure. Satellite modeling steps with all subsystems have been performed in solidwork software and in ANSYS software, modal analysis, strength and random vibrations have been performed. Also, using the optimization of genetic algorithm in this software, the geometric parameters of the structure such as the thickness of the frame have been obtained in such a way that the structure has reached the lowest possible weight and by satisfying the prevailing conditions for vibration constraints, strength and random vibrations. The results show that by choosing the right thickness of frame, the weight and frequency of the first satellite mode can be significantly reduced, and at the same time, the optimal final structure satisfies all the constraints applied by the launcher and has sufficient strength and rigidity. Is.

    Keywords: Dynamics of satellite structure, Optimization, Satellite vibrations, Genetic Algorithm
  • S. Javid Mirahmadi *, Mohsen Hamedi, Maedeh Sadat Zoei Pages 81-90

    Ti-6Al-4V is one of the most common materials in the aerospace industry. For example, satellite fuel tanks are made of this alloy. Among manufacturing processes, forming processes is one of the most widely used areas in the manufacture of Ti-6Al-4V components. Due to the importance of determining the allowable deformation limit in the successful design of the Ti-6Al-4V forming process, in this paper, the amount of critical damage was studied. For this purpose, parts with double-cone geometry with grooves on the maximum diameter with two initial microstructure, lamellar and equiaxed, were fabricated and subjected to hot compression testing. The results showed that the initial equiaxed microstructure provides good accumulated damage tolerance. Up to 2.38, 2.67, and 5.89 accumulated damage values, according to Cockcroft-Latham, Brozo, and McClintock criteria, respectively, no crack was observed on the samples. However, with an initial lamellar microstructure, the damage tolerance was significantly reduced. The critical damage value based on Cockcroft-Latham, Brozzo and McClintock criteria was 1.05±0.02, 1.03±0.02, and 2.56±0.05, respectively.

    Keywords: ductile fracture, critical damage, Ti-6Al-4V, Metal forming
  • Athena Abdi, Shahrokh Jalilian Pages 92-106

    In this paper, a task scheduling and mapping method based on multi-objective particle swarm optimization (MOPSO) algorithm is presented to improve lifetime reliability of multiprocessors systems on chip. This method considers power consumption temperature and performance along with the lifetime reliability due to the antagonistic relations of these parameters. These antagonistic and dependent relations make the design space exploration and optimization processes complex. The proposed method is based on MOPSO algorithm and starts with an initial population of candidate solutions which are generated randomly and represents valid task scheduling and mapping solutions. By changing the scheduling and mapping parameters during the MOPSO algorithm, new solutions are produced and the design space is explored based on the objective of the target problem of this method. Several experiments on random and real-life benchmarks are performed to verify the effectiveness of our proposed method. The results demonstrate the capability of the proposed method in effective design space exploration and generating the Pareto front. Moreover, comparisons to the related research show 35%, 23%, 19% and 3% improvements in performance, lifetime reliability, temperature, and power consumption on average.

    Keywords: Multiprocessor embedded systems, Lifetime, Power Consumption, Task scheduling, mapping, Multi-Objective Optimization, Particle Swarm Optimization
  • Sahar Noori, Rojin Shokri Khanghah *, Mohammad Nadafipour Meibody Pages 108-124

    The microwave electrothermal thruster is the propellant that converts the microwave energy into thermal energy. Nowadays, with the development of technology, electric thrusters are very important in terms of producing high specific impact and low consumption. These thrusters are capable of producing acceptable thrust over a long period of time that are suitable for helical orbital transfer missions. In this type of propulsion, the propellant gas is heated and expanded, which produces propulsion force. In this paper, the conceptual design process of a microwave electrothermal thruster is presented. The propulsion system includes propulant gas, propulsion storage tank, amplification chamber and power generation source, which includes batteries and solar arrays. In the text of the article, the method of calculating the mass and the specifications of each part are presented in detail. Finally, in order to validate the conceptual design process presented in this study, the necessary studies have been discussed.Conceptual design has been done for a 100 kg satellite, which is desirable to travel in a week from an orbital height of 300 to 800 km during a spiral treansfer. The propulsion system and mass of each subsystem are obtained.

    Keywords: Space Propulsion, electrothermal propulsion, microwave electrothermal thruster, Conceptual design, propulsion system mass
  • Maedeh Sadat Zoei *, Hadi Gorabi, Mohammadreza Asharf Khorasani, Saeed Asghari, S. Javid Mirahmadi Pages 126-135
    Space systems in Low Earth Orbit (LEO) are exposed to the destructive parameter of atomic oxygen. In long-term missions, the rate of degradation of the material resulting from the reaction with atomic oxygen is significant and reduces the performance of the structure. Due to the harmful effects of atomic oxygen on materials, the choice of atomic oxygen resistant materials or the use of durable surface coatings is very common. In this study, the corrosion resistance of atomic oxygen of an interconnector part of a solar cell was studied by applying a silicone base coating. In order to investigate the corrosion behavior of atomic oxygen, ground test method with equivalent conditions of LEO orbit was used by DC plasma equipment. Initially, the parameters of the atomic oxygen corrosion ground test were determined under the equivalent conditions of the LEO orbit. The results of atomic oxygen application in this study showed that the amount of atomic oxygen erosion yield of silicon coating is significantly lower than the amount of atomic oxygen erosion yield of silver substrate. Also, the study of the coating surface after applying atomic oxygen by SEM images led to the determination of the optimal coating thickness. EDX results showed that after applying atomic oxygen, no significant change in the chemical composition of the coating was achieved.
    Keywords: Atomic oxygen corrosion, LEO Orbit, silicon coating