فهرست مطالب

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی - پیاپی 2 (پاییز و زمستان 1400)

نشریه علوم، فناوری و کاربردهای فضایی
پیاپی 2 (پاییز و زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/12/01
  • تعداد عناوین: 14
|
  • یاسر وحیدشاد*، فائقه سلطان محمد صفحات 1-9
    عوامل بسیاری بر کیفیت فرایند لحیم کاری سخت تاثیر می گذارند که می توان به دما، زمان، فاصله، کیفیت سطحی و عناصرآلیاژی اشاره نمود. عوامل ذکر شده با تاثیر بر تشکیل فازهای بین فلزی شکننده نقش مهمی در استحکام اتصال ایجاد شده دارند، چنانچه افزایش دمای لحیم کاری سخت منجر به حذف فازهای بین فلزی شده و استحکام منطقه اتصال دو فلز را افزایش می دهد. در این تحقیق، اتصال قطعات فولاد زنگ نزن آستنیتی 316 به یکدیگر با لایه پرکننده پایه نیکل به روش لحیم کاری سخت مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش از فلز پرکنندهBNi2 در دماهای ºC 1050، ºC 1100، ºC 1150 و ºC 1200 و به مدت 60 دقیقه برای لحیم کاری نمونه-های کشش گرد استاندارد استفاده شده و سپس خواص مکانیکی و ریزساختار منطقه اتصال با آزمایش کشش دمای محیط و متالوگرافی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش دما، استحکام کشش منطقه اتصال بهبود پیدا می کند. این افزایش استحکام به دلیل نفوذ عنصر بور به داخل فلز پایه و کاهش فازهای ترد و مضر بین فلزی بورید در منطقه اتصال می باشد.
    کلیدواژگان: لحیم کاری سخت، فولاد زنگ نزن آستنیتی، پرکننده BNi2، استحکام کششی
  • طیبه مناقبی*، محمدرضا مباشری صفحات 10-21

    محتوای آب برگ گیاه شاخص مناسبی برای بررسی فیزیولوژیکی گیاه بر مبنای وضعیت آب آن است. این پژوهش مدلی را جهت برآورد محتوای آب گیاه بر اساس داده های ابرطیفی در محدوده 400 تا 2500 نانومتر ارایه می دهد. در این مطالعه، طیف بازتابندگی 53 گونه گیاهی مختلف از داده های آزمایشگاهی خواص اپتیکی برگ مورد استفاده قرار گرفته اند و در مجموع 263 منحنی طیفی در یک روند مدل سازی نظارت شده به کار گرفته شدند. برای این منظور، در این تحقیق سه مدل خطی بر مبنای دو شاخص مجزا و ترکیب آن ها پیشنهاد شد. شاخص اول نسبت بازتابندگی طیفی در دو طول موج مختلف و شاخص دوم نسبت مشتق منحنی طیفی در دو طول موج است. نتایج تجربی موید وابستگی باندهای جذبی آب و محتوای آب برگ است. در نهایت مقدار ضریب تعیین87 درصد برای مدل ترکیبی به دست آمد که نشان دهنده برازش مناسب مدل بر داده ها است. همچنین جذر میانگین مربعات خطای نسبی 06/0 بیان گر دقت قابل قبول مدل پیشنهادی در برآورد محتوای آب برگ است.

    کلیدواژگان: تصاویر ابرطیفی، داده آزمایشگاهی، سنجش از دور، مدل سازی نظارت شده، محتوای آب برگ، منحنی طیفی
  • روزبه مرادی* صفحات 22-33
    مساله کنترل تحمل پذیر عیب یکی از مسایل مهم در حوزه کنترل اتوماتیک می باشد. دلیل اهمیت این موضوع نیز احتمال بروز عیب یا خرابی در هر یک از اجزای سیستم کنترلی (سنسور-عملگر-سیستم) است. این موضوع بخصوص در رابطه با سیستم های فضایی، به دلیل عدم دسترسی آسان به این سیستم ها دارای اهمیت بسیار زیادی است. از طرفی بدلیل ضرورت کاهش وزن این سیستم ها تا حد ممکن، استفاده از افزونگی سخت افزاری دارای محدودیت هایی بوده و استفاده از افزونگی های تحلیلی بیشتر مورد توجه است. در این مقاله از اصلاح فرامین کنترلی حلقه باز برای اصلاح ورودی های مرجع استفاده شده است. با استفاده از شبیه سازی نشان داده شده، در صورت عدم اصلاح ورودی های مرجع، کنترل کننده قادر نخواهد بود در شرایط بروز عیب عملگر، فضاپیما را به شرایط مطلوب برساند. سپس با استفاده از روش پیشنهاد شده، وضعیت سیستم حول هر سه محور بدنی به شرایط مطلوب رسانده شده است. مزیت روش ارایه شده در مقاله حاضر این است که در این روش، نیازی به محاسبه مشتقات زمانی اول و دوم ورودی های مرجع نیست و می-توان این ورودی ها را از طریق انتگرال گیری بدست آورد. این مساله به نوبه خود باعث خواهد شد تا از مشکلات محاسباتی مربوط به مشتق گیری در شبیه سازی جلوگیری شود.
    کلیدواژگان: فضاپیما، کنترل تحمل پذیر عیب فعال، پایدارسازی
  • امید شکوفا*، مسعود خوش سیما، سجاد غضنفری نیا، فرهاد باقراسکوئی صفحات 34-48
    در این مقاله به ضرورت انجام مطالعات، پایش و ارایه سرویس های مرتبط با رخدادهای اقلیم فضا و ایجاد یک مرکز ملی برای نیل به این اهداف پرداخته می شود. پس از بیان مقدمه ای در مورد وابستگی روزافزون تمدن بشر به فناوری های پیشرفته از جمله فناوری فضایی، و با مروری بر هزینه های کلانی که برای ایجاد زیرساخت های حیاتی بر روی زمین و در فضا صرف شده؛ این مقاله به بیان میزان آسیب پذیری این زیرساخت ها در برابر رخدادهای اقلیم فضا می پردازد؛ و ضرورت پایش و پیش بینی این پدیده ها را بررسی می کند. در ادامه برخی از سامانه های پایش و پیش بینی ایجاد شده توسط کشورها و سازمان های فضایی مختلف معرفی می شوند. سپس ضرورت ایجاد چنین مرکز یا نهادی در کشور مطرح می شود. آنگاه ساختار و سازوکار اولیه ای برای فعالیت ها و تعاملات این مرکز با سایر نهادهای ملی و بین المللی ارایه می شود. همچنین سطوح مختلف اقدامات و اهم فعالیت های قابل انجام در این مرکز مورد اشاره قرار می گیرند.
    کلیدواژگان: رخدادهای اقلیم فضا، توفان خورشیدی، تشعشعات فضایی، سامانه های پایشی، مرکز ملی پایش اقلیم فضا
  • امیررضا کوثری*، حسین مقصودی دهاقانی، مهدی فکور، مسعود خوشسیما صفحات 49-66

    با توجه به ویژگی های منحصر به فرد مدار زمین آهنگ و اهمیت استقرار یک ماهواره در این کریدور پروازی، بررسی تاثیر اغتشاشات محیطی بر المان های مداری و اصلاح المان های مداری اغتشاش یافته در راستای افزایش طول عمر و عملکرد یک ماهواره در مدار مذکور امری ضروری است. یک ماهواره در مدار زمین آهنگ همواره در معرض نیروهای اغتشاشی محیطی متعددی نظیر نیروی گرادیان گرانشی زمین، جاذبه ماه و خورشید، فشار تشعشعات خورشیدی و غیره قرار دارد. به همین دلیل دایما از مسیر اصلی خود منحرف شده و نیاز به بررسی تاثیر اغتشاشات محیطی بر المان های مداری داشته تا بتوان به درستی اصلاح پارامترهای مداری اغتشاش یافته را انجام داد. برای دست یابی به اهداف فوق در این مقاله سعی شده تا با شبیه سازی رفتار دینامیک انتقالی ماهواره در حضور اغتشاشات محیطی، تاثیر هر یک از شتاب های اغتشاشی بر ویژگی های مداری بررسی شود. سپس با بهره گیری از الگوریتم ژنتیک و منطق فازی سعی شده تا منطق اصلاح المان های مداری به نحوی اصلاح گردد که ماهواره در طی طول عمر ماموریتی خود در پنجره مداری محدود خود باقی بماند. راهکار پیشنهادی موجب بهبود اثربخشی عملیاتی حل مسیله جهت حفظ موقعیت ماهواره با معیار کمینه سازی مصرف سوخت شده است. نتایج مطالعات موردی طی شبیه سازی های انجام پذیرفته موید توانمندی رویکرد پیشنهادی در برآورده سازی قیود و الزامات عملکردی مانور حفظ موقعیت موردنظر می باشد.

    کلیدواژگان: مانور حفظ جایگاه، مدار زمین آهنگ، اغتشاشات محیطی، منطق فازی
  • علی رستگار، حجت قاسمی* صفحات 66-77
    هدف از مقاله حاضر ارایه یافته های تجربی مربوط به شرایط لازم برای ادغام دو دامن سیال خروجی از انژکتور داخلی و خارجی در یک انژکتور هم محور دوگانه فشاری-چرخشی است. در این پژوهش یک انژکتور دوگانه فشاری-چرخشی اختلاط در خارج طراحی و ساخته شده است. مشخصه های عملکردی شامل ضریب تخلیه و طول شکست بر حسب اختلاف فشارهای تزریق مختلف برای انژکتورهای داخلی و خارجی بیان شده است. با استفاده از روش عکس برداری سریع و روش نوردهی پس زمینه به بررسی تعامل بین دو دامن سیال خروجی از انژکتور پرداخته شده است و نقشه عملکرد ادغام دو دامن سیال خروجی از انژکتور استخراج شده است. از نقشه عملکرد نتیجه گرفته می شود هنگامی که اختلاف فشار تزریق انژکتور خارجی از 0/3 تا 0/95 بار زیاد می شود، اختلاف فشار انژکتور داخلی برای وقوع ادغام نیز افزایش می یابد. علت این افزایش، در این محدوده از اختلاف فشار تزریق انژکتور خارجی این است که تاثیر فشار تزریق انژکتور داخلی برای ادغام، بیشتر از تاثیر فشار تزریق انژکتور خارجی است و دامن انژکتور خارجی به سمت دامن انژکتور داخلی کشیده می شود. برای اختلاف فشارهای تزریق بیش از 0/95 بار در انژکتور خارجی، به دلیل این که تاثیر فشار تزریق انژکتور خارجی برای ادغام بیشتر از تاثیر فشار تزریق انژکتور داخلی است، اختلاف فشار تزریق انژکتور داخلی برای وقوع ادغام کاهش می یابد و دامن انژکتور داخلی به سمت دامن انژکتور خارجی کشیده می شود.
    کلیدواژگان: انژکتور هم محور دوگانه فشاری-چرخشی، روش پس زمینه، نقشه عملکرد ادغام
  • امیر لبیبیان*، زینب طالبی، حسین سلیمی صفحات 78-87
    مغناطیس سنج یکی ازسنسورهای اصلی در زیرسیستم تعیین و کنترل وضعیت (ADCS) ماهواره های مدار پایین زمین (LEO) است و با توجه به قابلیت استفاده در تمام زمان های یک تناوب مداری در اکثر مودهای عملکردی مانند چرخش زدایی، نشانه روی زمین و انتقال مداری مورد استفاده قرار می گیرد. لذا دقت داده های مغناطیس سنج و کالیبراسیون آن دارای اهمیتی اساسی در موفقیت ماموریت است. در این مقاله با توجه به اهمیت استفاده از رویکردهای بلادرنگ (Real-time) در کاربردهای عملی، کالیبراسیون مغناطیس سنج با استفاده از فیلتر کالمن توسعه یافته (EKF) مد نظر قرار گرفته است. در ادامه، جهت بررسی نقش کالیبراسیون مغناطیس سنج در نتایج تخمین وضعیت، داده های کالیبره شده در ساختار یک فیلتر کالمن توسعه یافته مبتنی بر کواترنیون ضربی (MQEKF) مورد استفاده قرار می گیرند. در انتها از یک بستر سخت افزار در حلقه (HIL) که مجهز به یک سیم پیچ هلمهولتز و یک میز سه درجه آزادی است بهره گرفته می شود تا عملکرد مجموعه الگوریتم های توسعه داده شده بصورت تجربی مورد ارزیابی قرار گیرد. در فرایند کالیبراسیون مقادیر پارامترهای مغناطیس سنج تخمین زده شده و در فیلتر تخمین وضعیت بکار گرفته می شوند. نتایج نشان می دهند که خطای وضعیت بتدریج کم شده و دقت نهایی افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: تخمین وضعیت، کالیبراسیون، بلادرنگ، مغناطیس سنج، سخت افزار در حلقه
  • مجید حقگو*، احمد رمضانی سعادت آبادی صفحات 88-97

    فرایند پذیری مطلوب دوغاب پلیمری سوخت جامد کامپوزیت، دستیابی به گرینی بدون نقص را تضمین می کند. به عبارت دیگر، سوسپانسیون بشدت پر شده با خواص ریولوژیکی بهینه باعث می شود انتقال به قالب و شکل پذیری کامل آن در هندسه های پیچیده امکان پذیر باشد. در این مطالعه دینامیکی، خواص ریولوژیکی یک سوسپانسیون غلیظ با استفاده از مواد مدل وافزودن نانو ذرات به آن، بررسی شده است. به منظور بررسی اثر نانوذره مولیبدن دی سولفاید در رفتار ریولوژیکی سوسپانسیون ها از زمینه پلی اتیلن گلایکول و پر کننده های دانه شیشه ای با توزیع ذرات 60 الی 103 میکرون به عنوان مدل استفاده شد. مولیبدن دی سولفاید خام با استفاده از روش های اسیدشویی، اکسیداسیون و شوک حرارتی به صورت نانوذره مولیبدن دی سولفاید تک لایه و چند لایه با ضخامت بین 50 تا 100 نانومتر بدست آمدند. در ادامه پس از تهیه سوسپانسیون های 10 الی 40 درصد حجمی حاوی دانه های شیشه، اثر افزودن نانوصفحات مولیبدن دی سولفاید سنتز شده (به میزان کمتر از 0.1 درصد نسبت به فاز زمینه) بر خواص ریولوژیکی مخلوط، بررسی شد. نتایج آزمون جاروب فرکانس و جاروب دما نشان داد که با افزایش درصد نانو صفحات مولیبدن دی سولفاید به میزان کمتر از 0.1 درصد، گرانروی مختلط ضمن حفظ مدول ذخیره و افزایش مدول اتلافی در همه مقادیر میکروفیلر تغییر کاهشی محسوسی دارد. در نهایت آزمون جریان برشی دینامیکی نشان داد که گرانروی دینامیکی نیز پس از اضافه کردن نانو ذره افت قابل توجهی داشته است.

    کلیدواژگان: رئولوژی، سوسپانسیون غلیظ، مولیبدن دی سولفاید، نانو ذره، ویسکوزیته
  • حدیثه کریمایی* صفحات 97-111
    رانشگرهای تک مولفه ای سیستم کنترل وضعیت، یک نیاز برای توسعه و کاربردی سازی ماهواره ها و کپسول‏های فضایی می باشند که از فناوری بالا و گران قیمتی نیز برخوردارند. در این مقاله، طراحی و محاسبات یک انژکتور فشاری-چرخان با اسپری مخروطی توپر به عنوان انژکتور سوخت یک رانشگر تک‎مولفه‎ای کم پیشران، ارایه شده است. برای این انژکتور، شبیه‎سازی جریان داخلی به منظور پیش بینی مشخصه های جریان خروجی آن انجام گرفته است. این مشخصه ها شامل زاویه مخروط پاشش، توزیع سرعت خروجی، دبی جرمی، الگوی پاشش و غیره است. بدین منظور از روش حجم سیال VOF استفاده شده و آشفتگی جریان نیز با استفاده از مدل k- شبیه سازی شده است. نتایج این بررسی ها در مقاله به تفصیل ارایه و بحث شده است. این نوع انژکتور در واقع ترکیبی از انژکتور جریان مستقیم و انژکتور گریز از مرکز می‎باشد. جریان مستقیم در مرکز انژکتور و جریان چرخشی در کنار دیواره انژکتور جریان دارد. هر دو رژیم جریان در محفظه چرخش با یکدیگر ترکیب شده و چتر پاشش به صورت مخروط توپر در نازل تخلیه انژکتور تشکیل می‎گردد. اگر نسبت دهانه‎های خروجی به درستی انتخاب شود، توزیع شعاعی و محیطی جت مایع یکنواخت می‎شود. این انژکتور برای سامانه‎های کم‎پیشران نسبت به نوع کاپیلاری (جریان مستقیم) و نوع جریان چرخشی ارجحیت دارد. زیرا هم چتر پاشش بزرگتری نسبت به نوع جریان مستقیم دارد که پوشش‎دهی کاتالیست را بهتر می‎کند و در عین حال چتر پاششی که ایجاد می‏کند به بزرگی حالت انژکتور جریان پیچشی نیست که ابعاد شعاعی محفظه را بزرگ کند و نیز توپر است که پوشش‎دهی بهتر کاتالیست را تامین می‎کند.
    کلیدواژگان: لایه سیال، رانشگر تک مولفه‎ای، مخروط اسپری، هندسه داخلی انژکتور، انژکتور فشاری-چرخان
  • مرتضی فرهید*، حسین بهشتی، مسعود عباسپور، محمد اصلانی منش صفحات 112-125
    در این مقاله به نتایج فرآیند تحلیل حالات خرابی بالقوه برروی محصول عملیاتی عملگرکنترل وضعیت چرخ عکس العملی پرداخته شده و نسبت به رفع یا کاهش اثرات حالات خرابی شناسایی شده اقدام می شود. تکنیک تجزیه و تحلیل حالات خرابی و اثرات آنها، به عنوان اولین تکنیک در اجابت الزامات قابلیت اطمینان در طراحی است. در این راستا بلوک دیاگرام جریان کارکردی چرخ عکس العملی برای اولین بار ارایه و وابستگی کارکردها بصورت استاتیکی در قالب ماتریسی نمایش داده شده است و برای تعیین چگونگی تشخیص عیب احتمالی و همچنین رفع آن در صورت رخداد، تحلیل های اثر خرابی صورت می پذیرد. برای رسیدن به این هدف، بخش های مختلف این عملگرمشخص شده و حالات خرابی آنها و علت خرابی های هر بخش مشخص می گردد. همچنین اثرات خرابی سطوح مختلف به صورت محلی، در سطح تجهیز، در سطح زیرسیستم و در سطح سیستم مشخص خواهد شد. علاوه بر این، راه تشخیص خرابی و مقابله با اثر خرابی نیز ارایه و تحلیل مرتبط انجام می شود که به صورت یک تحلیل کمی بوده و پارامترهای شدت اثر خطا، عدد احتمال و عدد بحرانی بودن، محاسبه و آیتم های بحرانی تعیین خواهد گردید. در ادامه براساس بخش های بحرانی شناسایی شده، لیست اقلام بحرانی نیز استخراج می شود. اطلاعات استخراج شده از تجزیه و تحلیل حالات خرابی و اثرات آن ها ضمن کمک به بهبود قابلیت اطمینان طراحی عملگر چرخ عکس العملی، داده های مهمی را برای مدیریت خرابی و خطا در مراحل تست و ماموریت در اختیار طراح قرار خواهد داد.
    کلیدواژگان: عملگر چرخ عکس العملی، قابلیت اطمینان، تجزیه و تحلیل حالات خرابی و اثرات آنها
  • محمدعلی امیری فر*، علیرضا رجبی، نورالدین قدیری معصوم، زهرا امیرسرداری، مجید کامرانی فر صفحات 126-137
    در این پژوهش عملکرد یک تراستر تک پیشرانه هیدرازینی در شرایط اتمسفریک به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور، پس از طراحی و ساخت تراستر با توجه به الزامات عملکردی تراستر، آزمونی طراحی شد و پس از آن، تراستر مورد نظر در شرایط اتمسفریک مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج آزمون نشان می دهد که تراستر آزمایش شده می تواند 2000 پالس با عرض 0.5 ثانیه و دوره تناوب یک ثانیه را به صورت تکرارپذیری تولید کند. نشان داده شد که عمر این تراستر بیش از 2000 پالس است و تراستر توانسته است ضربه هایی بسیار کوچک به اندازه ی 3 میلی نیوتن ثانیه را به صورت تکرارپذیری تولید کند. همچنین مقایسه ی نتایج نمونه تراستر فعلی با نتایج تجربی تراسترهای دیگر نشان داد که چگونه با انتخاب ابعاد مناسب برای انژکتور، محفظه کاتالیست و نازل می توان مشخصات زمان افزایش فشار، کمترین ضربه، مرکز پالس و زمان افت فشار در تراستر را به خوبی کنترل کرد. کاهش قطر انژکتور (با ثابت نگاه داشتن دبی پایا با افزایش فشار تزریق) سبب کاهش ضربه تولیدی (در عرض پالس ثابت) و افزایش زمان رشد فشار می شود. کوچک کردن ابعاد محفظه کاتالیست نیز سبب کاهش زمان افزایش و افت فشار و در نتیجه کوچک شدن مرکز پالس می شود
    کلیدواژگان: تراستر، تک پیشرانه، هیدرازین، کاتالیست، رانشگر
  • محمد حاجی جعفری*، سحر امین آبادی صفحات 138-147

    در این مقاله تلاش شده ویژگی های مداری یک منظومه متشکل از 24 ماهواره نزدیک زمین بررسی گردد. دراین بین، منظومه هایی مبتنی بر طرح دلتای واکر درنظر گرفته شده که شامل مدل های تک منتظم (یک منظومه) و دومنتظم (دو منظومه تودرتو) می گردند. به منظور مقایسه پذیری فرض گردیده که دوره مداری تمامی ماهواره ها 127 دقیقه بوده و باتوجه به ارتفاع بیشینه 2000 کیلومتری، سه مقدار خروج ازمرکز صفر (دایره)، 0.19 (با اوج 2000 کیلومتری) و 0.097 (2÷0.19=) با بیشترین زمان حضور روی منطقه ماموریت لحاظ شده است. به منظور محدود کردن فضای جستجو، میل تمامی مدارها 40 درجه فرض شده و سه مقدار 320، 340 و 360 درجه برای آرگومان حضیض در مدارهای بیضوی لحاظ گردیده است. با بررسی سناریوهای مختلف دیده می شود که با فرض ضرورت وجود دست کم دو ماهواره دردید، اصولا زاویه آرگومان حضیض 320 درجه بهترین پوشش درازای کم ترین انحراف معیار ارایه می کند. مدارهای با خروج ازمرکز بالاتر با صرف نظر از تغییرات در قدرت سیگنال، عملکرد بهتری دارند. این در حالی است که پیکربندی های دومنتظم می توانند با تعداد ماهواره در دید بیشتری همراه باشند که البته اصولا با انحراف معیار بیشتری همراه است. درکل، انتخاب از میان طرح های مختلف تنها با توجه به نیازمندی های ماموریتی امکان پذیر بود و صرفا یک طرح را نمی توان نسبت به دیگران برتر دانست.

    کلیدواژگان: تلفن ماهواره ای، منظومه دلتای واکر، طراحی مدار، طراحی منظومه
  • سید محمد موسوی، سید مجید اسماعیلی فر*، محمد چینی فروشان صفحات 147-166
    در این پژوهش مسیله ی مانور مجاورت مداری شش درجه آزادی زمان بهینه برای یک فضاپیمای صلب، متقارن و با عملگرهای کنترلی مجزا برای کنترل وضعیت و موقعیت مورد بررسی قرارگرفته است. همچنین فرض شده است که فضاپیما به عملگرهای تراستری مجهز است و نیروها و گشتاورهای کنترلی در جهت و حول سه محور ممان اینرسی اصلی فضاپیما ایجاد می شوند. برای بدست آوردن مسیرهای حالت و ورودی کنترلی مانور شش درجه آزادی زمان بهینه، در ابتدا دینامیک های انتقالی و دورانی نسبی فضاپیما توضیف شده اند و سپس برای حل مسیله ی کنترل بهینه ی کمترین زمان با در نظرگرفتن قیود بر روی نیروها و گشتاورهای کنترلی از روش شبه طیفی گاوس استفاده شده است. سپس به منظور اثبات بهینگی مرتبه اول حل بدست آمده، تخمین کمک حالت انجام شده است. نتایج شبیه سازی عددی نشان می دهد که برای مسیله ی مانور شش درجه آزادی زمان بهینه ی مورد نظر، ساختار کنترلی برای تمام نیروها و گشتاورهای کنترلی بنگ-بنگ است. در نهایت نیز با استفاده از اصل کمینه ی پونتریاگین بهینگی مرتبه اول حل بدست آمده اثبات شده است.
    کلیدواژگان: کنترل بهینه ی کمترین زمان، دینامیک انتقالی و دورانی، مانور مجاورت مداری، روش شبه طیفی گاوس، ساختار کنترلی بنگ-بنگ
  • نعمت الله فولادی*، سینا افخمی، محمود پسندیده فرد صفحات 167-181

    در تحقیق حاضر، تاثیر پیش خلاء سازی در فرآیند راه اندازی دیفیوزر گلوگاه ثانویه در تست تجربی یک نازل نوع سهموی تراست بهینه بررسی شده است. در این بررسی از یک بستر آزمایشگاهی موسوم به تجهیزات تست ارتفاع بالا در مقیاس کوچک با سیال عامل هوای فشرده استفاده شده است. با توجه به اهمیت پارامتر بی بعد نسبت سطح مقطع ورودی دیفیوزر به سطح مقطع گلوگاه ثانویه آن، تاثیر تغییرات این پارامتر در فرآیند راه اندازی نازل و دیفیوزر مورد بررسی قرار گرفته است. در هریک از هندسه های ثابت دیفیوزر، به منظور بررسی عملکرد لحظه ای، فشارگذاری در محفظه نازل به صورت آنی در دو حالت همراه و بدون پیش خلاءسازی سیستم انجام گرفته و فشار محفظه خلاء و توزیع فشار استاتیکی در طول دیفیوزر اندازه گیری شده است. نتایج نشان می دهد که اعمال پیش خلاءسازی در محفظه تست باعث کاهش 50 تا 60 درصدی زمان راه اندازی دیفیوزر می گردد. علاوه بر آن، پیش خلاءسازی محفظه تست باعث حذف پدیده مخرب گذار از الگوی جدایش جریان در زمان راه اندازی نازل و دیفیوزر می شود. همچنین مشاهده شده است که با تنگ تر شدن مجرای گلوگاه ثانویه دیفیوزر، کمینه فشار راه اندازی دیفیوزر افزایش یافته و در نهایت در نسبت سطح مشخصی جریان در گلوگاه ثانویه به حالت خفگی می رسد.

    کلیدواژگان: تجهیزات تست ارتفاع بالا، نازل سهموی بهینه تراست، پیش خلاءسازی، دیفیوزر گلوگاه ثانویه
|
  • Yaser Vahidshad *, Faegheh Soltanmohammad Pages 1-9
    Properties of brazed joints could be affected by some factors like temperature, time, clearance, surface roughness and alloy elements. Actually they influence on the formation of intermetallic compounds in brazed joints. Since intermetallic compounds are brittle, they considerably degrade the mechanical properties of joints. In this study the mechanical strength and microstructural characterization of AISI 316 brazed joints with BNi2 filler metal in different temperature has been investigated. Brazing temperatures changed from 1050 °C, 1100 °C, 1150 °C and 1200 °C for a holding time of 60 min then, the influence of this variable on the brazing strength were examined. Tensile test samples were evaluated at room temperature and metallography samples and fractured tensile sample scanned by a microscope. The results showed that the higher brazing temperature leads to diffusion of boron element into base metal and less volume formation of intermetallic compound phase in the brazing joint and consequently more tensile strength.
    Keywords: Brazing, Austenitic stainless steel, Filler Metal, BNi2, tensile strength
  • Tayebe Managhebi *, Mohammadreza Mobasheri Pages 10-21

    The leaf water content is a specific index for the assessment of the physiological status of the plant based on the water content of the vegetation. This research provides an appropriate model based on the reflectance spectra between 400 and 2500 nm to estimate the leaf water content. We examined 53 different species of the well-known Leaf Optical Properties Experiment and a total of 263 spectral curves were employed in a supervised modelling procedure. In doing so, three different linear models were proposed based on the two different indices and their combination. The first index refers to the ratio of reflectance value in two wavelengths and the second one is the ratio of the derivative of the spectral curve slop in two wavelengths. The experimental results indicate the dependence between the water absorption bands and leaf water content. Finally determination of coefficient for hybrid linear model, which is used both indices, resulted to be 87 percent, indicating a very good fit. Also, the 0.06 relative root mean square error represents the aceptable accuracy in the wáter content modelling.

    Keywords: Experimental data, Hyperspectral images, Leaf water content, Remote Sensing, Spectral curve, Supervised modelling
  • Rouzbeh Moradi * Pages 22-33
    Fault-tolerant control is one of the important issues in automatic control. The reason for this importance is the probability of fault/failure occurrence in control subsystems (sensor-actuator-system). Direct access to spacecraft is not always possible, therefore fault-tolerant control has become even more important in space systems. On the other hand, due to the necessity for weight reduction in these systems, employing hardware redundancy has limitations. Therefore, analytical redundancy has gained much attention in such systems. In this paper, reference inputs are corrected based an open-loop control command adjustment. Using simulation, it is shown that without reference input adjustment, the controller will not be able to satisfy mission requirements when actuator faults occur. Then, the proposed method is used and the desired requirements are satisfied. The advantage of the proposed method is that, there is no need for taking the first and second derivatives of the reference inputs and it is possible to obtain these inputs using integration. This will prevent computational problems associated with differentiation.
    Keywords: Spacecraft, Active fault-tolerant control, Stabilization
  • Omid Shekoofa *, Masoud Khoshsima, Sajad Ghazanfarinia, Farhad Bagheroskouei Pages 34-48
    This article discusses the need for research, monitoring and forecasting services related to space weather events and the establishment of a national center to achieve these goals. It starts with an introduction to the growing dependence of human civilization on advanced technologies, including space technology, and with an overview of the big investments and costs incurred in building critical infrastructures on Earth and in space. Then, this paper investigates the vulnerability of these infrastructures to space weather events and the need to monitor and predict these phenomena. In the next section, some examples of monitoring and forecasting systems created by different countries and space organizations are introduced. Also, the need to establish a national center in Iran is proposed. The initial organizational structure and mechanism for the activities and cooperation between this center and other national and international institutions are discussed. Finally, different types of actions and the most important activities that can be carried out in this center are presented.
    Keywords: Space Weather Events, Solar Storms, Space Radiation, Monitoring Systems, National Center
  • Amirreza Kosari *, Hossein Maghsoudi Dehaghani, Mahdi Fakoor, Masoud Khoshsima Pages 49-66

    Due to the unique characteristics of the geo-synchronous orbit and the importance of establishing a satellite in this flying corridor, it is necessary to investigate the effect of environmental disturbances on the orbital elements and to maintain the satellite orbital elements in order to increase the longevity and operation of a satellite in this orbit. A satellite in earth orbit is also always exposed to various environmental disturbances such as earth gravity gradient force, gravity of the moon and sun, solar radiation pressure, and so on. For this reason, it is constantly deviating from its original path and needs to study the effect of environmental disturbances on the orbital elements in order to properly correct the disturbed orbital parameters. To achieve the above goals, in this paper, we try to investigate the effect of the environmental perturbations on the orbital characteristics by simulating the satellite translational dynamic behavior in the presence of environmental disturbances. Then, utilizing the genetic algorithm and fuzzy logic approach, an attempt was made to modify the compensation logic of the orbital elements correction, so that, the satellite may be forced to remain in its limited operational orbital window during the mission lifetime. The proposed method could improve the problem-solving operational effectiveness to maintain the position of the satellite with the criterion of minimizing fuel consumption. The case study simulation results may indicate the capability of the proposed approach in satisfying the performance requirements of the satellite station-keeping maneuver.

    Keywords: Station Keeping maneuver, Geostationary orbit, Environmental Disturbances, Fuzzy logic
  • ALI RASTGAR Pages 66-77
    The purpose of this paper is to present experimental data for merging two outlet fluid skirts in a dual pressure-swirl coaxial injector. In this study, a dual pressure-swirl external mixing injector was designed, fabricated. Operational characteristics including discharge coefficient and breakup length with injection pressures difference for internal and external injectors were expressed. Utilizing fast shooting, based on backlighting method, the interaction between the two outlet skirts were investigated and the merge performance map was extracted. The merge performance map results indicated, when the pressure difference of the external injector increases from 0.3 bar to 0.95 bar, the pressure difference of the internal injector for the merge to occur increases. Because the effect of the internal injector injection pressure for merge in this area is greater than the external injector injection pressure, the external injector skirt is pulled toward the internal injector skirt. For injection pressures difference of more than 0.95 bar in the external injector, because the effect of the external injector injection pressure for merge is greater than the internal injector injection pressure, the internal injector injection pressure difference is reduced for the merge to occur and the internal injector skirt is pulled toward the external injector skirt.
    Keywords: Dual Pressure-Swirl Coaxial Injector, Backlighting Method, Merge Performance Map
  • Amir Labibian *, Zeinab Talebi, Hossein Salimi Pages 78-87
    Magnetometer is one of the main sensors in Attitude Determination and Control Subsystem (ADCS) of Low Earth Orbit (LEO) satellites and since it is operable in all times during an orbital period, it can be utilized in almost all functional modes like detumbling, nadir pointing and orbit transfer. Consequently, the accuracy of magnetometer data and its calibration have vital roles in mission success. In this paper, regarding to the importance of real-time approaches in practical applications, an Extended Kalman Filter (EKF) is used for magnetometer calibration. Then, in order to study the role of magnetometer calibration in attitude estimation (AE) results, calibrated data is employed in the structure of a Multiplicative Quaternion EKF (MQEKF). Finally, a Hardware in the Loop (HIL) test bed which is equipped with a three axis Helmholtz coil and a three degree of freedom platform is utilized to measure the performance of developed algorithms experimentally. In the calibration process, magnetometer parameters are estimated and used in AE filter. The results show that the attitude error decreases gradually and the final accuracy increases.
    Keywords: attitude estimation, Calibration, Real-time, Magnetometer, Hardware in the loop
  • Majid Haghgoo *, Ahmad Ramezani Saadat Abadi Pages 88-97

    Achieving a flawless solid composite propellant requires proper processability of its corresponding filled polymer slurry. In other words, the optimal rheological properties of highly filled suspensions after mixing process, ensure its transfer to the mold and complete filling of complex geometries. In this dynamic study, after adding molybdenum disulfide nanoparticles to the model materials, rheological properties of the obtained suspensions have been investigated.In order to study the effect of molybdenum disulfide nanosheets on the rheological behavior of the suspensions, polyethylene glycol matrix and glass beads, as model, with particle distribution of 60 to 103 microns were employed.Single-layer and multi-layer molybdenum disulfide nanosheets with thickness of 50 to 100 nm was obtained after acid washing, oxidation and heat shock of raw molybdenum disulfide. Then, after preparation of suspensions containing 10-40 vol% glass beads, the effect of obtained molybdenum disulfide (less than 0.1 vol% of the matrix) on the rheological properties of the mixture was studied. Results of frequency sweep and temperature sweep tests showed that complex viscosity of the suspensions had a significant decrease with increasing nanoparticles, while simultaneously, storage modulus was fixed and loss modulus was increased. The test also confirmed this. Finally, the dynamic shear flow test demonstrated that the dynamic viscosity also decreased significantly after addition of nanoparticles.

    Keywords: Rheology, concentrated suspension, molybdenum disulfide, Nano Particle, Viscosity
  • Hadiseh Karimaei * Pages 97-111
    The monopropellant thrusters of the position control system are a requirement for the development and application of satellites and space capsules in space, which are also high-tech and expensive. In this paper, the design and simulation of a pressure-swirl injector with full-cone spray as the fuel injector of a monopropellant thruster were presented. For this injector, internal flow simulation was performed in order to predict its output flow characteristics. These characteristics include spray cone angle, output velocity distribution, mass flow rate, spray pattern, and etc. For this purpose, the VOF fluid volume method was used and the flow turbulence was simulated using the k-eps model. The results of these studies are presented and discussed in detail in the article. This type of injector is actually a combination of jet injector and swirl injector. Jet straight flow in the center of the injector and swirl flow along the injector wall are flowed. Both flow regimes are combined in the swirl chamber and the spray is formed as a full-cone in the injector discharge nozzle. If the ratio of the outlets is selected correctly, the radial and environmental distribution of the liquid jet will be uniform. This injector is preferred to the capillary type (straight flow) and the swirl type. The pressure-swirl injector spray angle is larger than the capillary type, which improves the coverage of the catalyst bed, at the same time, spray angle is not as large as the swirl injector, which enlarges the radial dimensions of the decomposition chamber.
    Keywords: Fluid layer, Monopropellant thruster, Spray cone, Injector internal geometry, Pressure-Swirl Injector
  • Morteza Farhid *, Hossein Beheshti, Masoud Abbaspour, Mohammad Aslanimanesh Pages 112-125
    In this paper, the results of the process of analyzing potential failure situations on the operational product of the reaction wheel condition control operator are discussed and the effects of the identified failure situations are eliminated or reduced. The technique of analyzing failure modes and their effects is the first technique in meeting the requirements of reliability in design. In this regard, the block diagram of the functional flow of the reaction wheel is presented for the first time and the dependence of the functions is presented statically in the form of a matrix. To achieve this goal, the different parts of this operation are identified and their failure modes and the cause of failures of each part are determined. Also, the effects of failure of different levels will be determined locally, at the equipment level, at the subsystem level and at the system level. In addition, the way to diagnose failure and deal with the effect of failure is presented and related analysis is performed, which is a quantitative analysis and will determine the parameters of severity of error effect, probability number and criticality number, calculation and critical items. Took. Then, based on the identified critical sections, a list of critical items is also extracted. The information extracted from the analysis of failure modes and their effects, while helping to improve the reliability of the design of the reaction wheel operator, will provide the designer with important data for fault and error management during the test and mission stages.
    Keywords: Reaction wheel, Reliability, FMEA
  • Mohamad Ali Amirifar *, Alireza Rajabi, Nooredin Ghadiri Masoom, Zahra Amirsardari, Majid Kamranifar Pages 126-137
    In this research, the performance of a monopropellant hydrazine thruster in atmospheric conditions has been investigated experimentally. For this purpose, after designing and constructing the thruster according to the functional requirements of the thruster, a test was designed and after that, the desired thruster was tested in atmospheric conditions. The test results show that the tested thruster can generate 2000 pulses with a width of 0.5 seconds and a periodicity of one second with reproducibility. It was shown that the life of this thruster is more than 2000 pulses and the thruster was able to produce very small beats of 3 mNS in reproducibility. Also, comparing the results of the current thruster sample with the experimental results of other thrusters showed how by selecting the appropriate dimensions for the injector, catalyst chamber and nozzle, the characteristics of pressure rise time, minimum impulse, pulse centroid and pressure drop time in the Thruster can be well controlled. Reducing the injector diameter (by keeping the flow rate constant by increasing the injection pressure) reduces the impulse (within a constant pulse width) and increases the pressure rise time. Reducing the dimensions of the catalyst chamber also reduces the increase and decrease time of the pressure, resulting in a smaller pulse centroid.
    Keywords: Monopropellant, Hydrazine, Thruster, Catalyst
  • Mohammad Haji Jafari *, Sahar Aminabadi Pages 138-147

    In this paper, we investigate the orbital characteristics of a constellation consisting of 24 LEO satellites. All the configurations are based on the Walker Delta model, which include single-regulated (one constellation) and double-regulated (intertwined two constellations) models. For the sake of comparability, it is assumed that the orbital period of all satellites is 127 minutes and regarding the maximum altitude of 2000 km, the three eccentricities of zero (circle), 0.19 (with an apogee of 2000 km) and 0.097 (=0.19/2) with the longest presence time on the mission area, are considered. In order to limit the search space, the inclination of all orbits is assumed to be 40 degrees and three values of 320, 340 and 360 degrees are considered for the argument of perigee in elliptical orbits. Assuming the need for at least two satellites observable, basically, it can be found that for the argument of perigee of 320 degrees pertains the best coverage beside the least standard deviation. As expected, the higher eccentric orbits perform better regardless of changes in signal strength. Double-regulated configurations, on the other hand, can be associated with a larger number of satellites in view, which generally is accompanied by higher standard deviations. In essence, a configuration may be chosen only based on the pertaining mission requirement and no one should be regarded as the absolute optimum.

    Keywords: Satellite Telephony, Walker Delta Constellation, Orbital design, Constellation Design
  • Sayyed Mohammad Mousavi, Sayyed Majid Esmailifar *, Mohammad Chiniforoushan Pages 147-166
    This paper studies the time-optimal 6 degrees of freedom (6DOF) orbital rendezvous maneuver problem for an inertially asymmetric rigid spacecraft with independent attitude and position control actuators. It is assumed that the spacecraft equipped with the thruster actuators and the control forces and torques are generated along the three principal axes of the spacecraft. In order to obtain the time-optimal 6DOF maneuver state and control trajectories, at first, the relative translational and rotational dynamics of the spacecraft are described. Then, the Gauss pseudospectral method is used to solve the time-optimal control problem in the presence of constraints on control forces and torques. Also, the costates are estimated to first-order optimality proof of the obtained solutions. Numerical simulation results show that for the assumed time-optimal 6DOF maneuver problem, the control structure for all of the control forces and torques is ‘bang-bang’. Eventually, the optimality of the obtained solutions is verified by checking the fulfillment of Pontrygain’s minimum principle.
    Keywords: Time optimal control, Attitude, position dynamics, Orbital rendezvous maneuver, Pseudospectral method, Bang-Bang control structure
  • Nematollah Fouladi *, Sina Afkhami, Mahmood Pasandidehfard Pages 167-181

    In the present study, the effect of pre-evacuation on starting process of a second throat exhaust diffuser has been investigated experimentally by examining a thrust optimized parabolic nozzle. An experimental setup called high-altitude test facility has been used with compressed air as operating fluid. According to the importance of area ratio parameter (Ad/Ast) of a second throat diffuser, the effect of this parameter variation has been examined on the start-up performance of the nozzle and diffuser. In all of the diffuser geometries, to evaluate the instantaneous performances, the pressure in the nozzle chamber has charged instantly in two modes; with and without pre-evacuation. then, the vacuum chamber pressure and static pressure distribution along the diffuser are measured by a data acquisition system. The results show that pre-evacuation in the test chamber reduces the start-up time of the diffuser by 50 to 60%. In addition, pre-evacuating the test chamber eliminates the destructive transition phenomenon from the flow separation pattern during start-up of the nozzle and diffuser. Also, It is observed that with the narrowing of the diffuser’s second throat duct, the minimum starting pressure of the diffuser increases and eventually flow chocks at the second throat in a certain area ratio.

    Keywords: High Altitude Test Facility, thrust optimized parabolic nozzle, Pre-evacuation, second throat exhaust diffuser