فهرست مطالب
نشریه علوم و فناوری فضایی
سال پانزدهم شماره 2 (پیاپی 52، تابستان 1401)
- تاریخ انتشار: 1401/12/27
- تعداد عناوین: 9
-
-
صفحات 1-14این مقاله به طراحی سیستم کنترل ترکیبی مانور و ارتعاشات یک فضاپیمای انعطافپذیر در مانور وضعیت با استفاده از عملگرهای تراستر-چرخ عکس العملی در ساختار هیبرید و وصله های پیزوالکتریک پرداخته است. مانور زاویه-بزرگ این فضاپیما در قالب دو ماموریت مجزا با استفاده از مدل توسعه یافته کنترلری مبتنی بر تیوری لیاپانوف و ارتعاشات باقی مانده با به کارگیری تیوری فیدبک نرخ کرنش کنترل شده است. پایداری کلی سیستم شامل دینامیک چرخ عکس العملی و وصله های حسگر/عملگر پیزوالکتریک با استفاده از ورودی ناپیوسته کنترلی تولید شده توسط تراستر و مدولاتور پهنا-باند/پالس-فرکانس اثبات و ارتعاشات باقی مانده به حداقل رسیده است. ویژگی منحصر به فرد روش پیشنهادی در به کارگیری عملگرها، زمان سوییچ عملکرد تراسترها و چرخ عکس العملی می باشد که مبتنی بر انرژی سیستم تنظیم شده است. شبیه سازی های انجام شده با به کارگیری تیوری کنترلی پیشنهادی و استفاده از عملگرهای هیبرید امکان انجام مانورهای با زاویه بزرگ و کاهش قابل ملاحظه ارتعاشات را نمایش می دهد.کلیدواژگان: عملگرهای هیبرید، کنترل فعال ارتعاشات، فضاپیمای انعطاف پذیر، کنترلر لیاپانوف، وصله های پیزوالکتریک
-
صفحات 15-26
این مقاله یک روش تخمین پارامتر از مدل های زمان -پیوسته را برای یک سیستم پارامتر متغیر معرفی می کند.در روش خطی پارامتر متغیر که برای بیان سیستم هایی با ماتریس های فضا-حالت تابع از پارامترهای زمان متغیر است، پایداری و عملکرد سیستم فیدبک تضمین و یک پتانسیل قابل توجه برای بهبود کارایی وجود دارد. دینامیک این نوع سیستم ها به یک پارامتر متغیر با زمان که در این پژوهش سرعت زاویه ای چرخ عکس العملی در نظر گرفته شده وابستهاست. مقادیر این پارامتر در طول یک بازه زمانی نامعلوم، اما با عملکرد سیستم قابل اندازه گیری است. با استفاده از تکنیک بهره جدول بندی، پایداری سیستم پارامتر متغیر بررسی و پارامتر جدول بندی برای یک عملکرد از تخمین فاکتورهای موثرکنترلی انتخاب می شود.شرایط کافی استخراج شده به شرایط نامساوی ماتریسی خطی تبدیل می شوند که می توانند با الگوریتم محدب حل شوند. با حل این شرایط کنترل کننده، بهره جدول بندی شده بدست می آید تا پایداری و عملکرد سیستم پارامتر متغیر را تضمین کند. نتایج شبیه سازی عددی موفقیت آمیز بودن روش پیشنهادی را نشان می دهند.
کلیدواژگان: خطی پارامتر متغیر، کنترل وضعیت، عملکرد، پایداری، ماهواره -
صفحات 27-42در شرایط اورژانسی که امکان استفاده از بسترهای مخابراتی زمینی یا فضایی وجود ندارد و یا در شرایطی که نیاز به برقراری ارتباطی مخابراتی در مناطقی دورافتاده که فاقد بسترهای مورد نیاز مخابراتی هستند وجود دارد، به طور معمول از فناوری بالن های مقید برای تبادل اطلاعات استفاده می گردد. فناوری بالن های مقید علی رغم تمام مزایایشان، دارای عیب قابلیت پوشش دهی منطقه ای کوچک هستند. در این مقاله، به منظور بهره گیری همزمان از مزایای بالن های مقید و پوشش دهی یک منطقه ی وسیع، استفاده از یک بالن مجهز به مکانیزم نشانه روی آنتن پیشنهاد شده و به مدل سازی سینماتیکی و دینامیکی مکانیزم پیشنهادی پرداخته شده است. در این کار مدل سینماتیکی استخراج شده توسط نرم افزار RoboAnalyzer و همچنین تولباکس Robotics از نرم افزار MATLAB مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است. مکانیزیم مدل سازی شده قابلیت دوران در دو جهت قوس افقی و قوس عمودی را برای آنتن فراهم می آورد و بدین ترتیب ناحیه تحت پوشش آنتن را به طور چشمگیری افزایش می دهد.کلیدواژگان: مدل سازی سینماتیکی، مکانیزم نشانه روی آنتن، بالن مقید، افزایش پوشش مخابراتی
-
صفحات 43-59جریان گازهای خروجی از پیشرانه های فضایی در برخورد با اجزای فضاپیما، می تواند اثرات مخربی از جمله، نیرو و گشتاور اغتشاشی، شار گرمایی و رسوب ذرات بر روی سطوح حساس، برجای بگذارد. هدف از این مقاله، استفاده از روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو (DSMC)، جهت تحلیل جریان خروجی از پیشرانه ها و بررسی تاثیرات آن می باشد. در این مقاله، از کد سه بعدی ارتقاء یافته ی برد (Bird) با شبکه بندی بی سازمان استفاده شده است. این کد توسط جریان جت صوتی نیتروژن برخوردکننده به صفحه ی تخت، اعتبارسنجی شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که کد محاسباتی توسعه یافته، از صحت و دقت لازم برخوردار است. همچنین در این تحقیق ماهواره ای به صورت نمونه مدلسازی شده، اثرات گازهای خروجی از پیشرانه تک سوختی هیدرازین بر اجزای آن مشخص شده و همچنین تاثیرات جابجایی جزیی محل پیشرانه ها بر نتایج مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که جابجایی 20 درصدی محل پیشرانه ها می تواند نیروها و گشتاورهای اغتشاشی را تا 15درصد مقدار اولیه تغییر دهد.کلیدواژگان: پیشرانه های فضایی، شبیه سازی مستقیم مونت کارلو، برخورد، جریان شعله، ماهواره، DSMC
-
صفحات 61-71ساندویچ پنل ها به علت استحکام ویژه ی بالا، در صنایع مختلفی کاربرد دارند. از آن جمله استفاده در سازه های فوق سبک هوافضایی است. در این مقاله به بررسی تجربی تاثیر حفاظتی ساختارهای ساندویچی مورد استفاده در سازه های فضایی فوق سبک در برابر پرتوهای گاما پرداخته شده است. هشت ساختار از پرکاربردترین سازه هایی که در ساختار های فضایی مانند آنتن های مخابراتی و بدنه های ماهواره ها استفاده می شود، در معرض تشعشع چشمه های رادیوایزوتوپی پرتوهای گاما (امرسیوم، باریم و سزیوم) با انرژی های keV 60، keV 80، keV 385 و keV 662 قرار داده شده و نتایج آن با هم مقایسه شده است. جنس رویه (آلومینیومی و کربنی)، ضخامت های رویه ها و ابعاد سلول لانه زنبوری از مهم ترین پارامترهای ارزیابی هستند. در این مقاله با استفاده از پارامتر «حفاظت ویژه» ساختارهای مختلف تست شده مقایسه شده اند و بهترین ساختار از دیدگاه حفاظتی شناسایی و گزارش شده است.کلیدواژگان: ساندویچ پنل، سازه های فضایی، حفاظت در برابر تشعشع، کامپوزیت های الیاف کربن
-
صفحات 73-83در طراحی کپسول های بازگشتی به دلیل عدم وجود سطوح کنترلی قابل توجه، همواره به مقوله پایداری استاتیکی و دینامیکی توجه شایانی می شود. در این مقاله سعی شده است تا نتایج تجربی کسب شده برای تعیین این ضرایب به کمک روش نوسان اجباری پیچش در سرعت مافوق صوت مورد بررسی قرار گیرد. در این بررسی تجربی اهمیت پارامترهای عدد ماخ جریان آزاد، زاویه حمله میانگین و فرکانس نوسان پیچش در ضرایب پایداری دینامیکی مورد ارزیابی قرار گرفته است. براساس نتایج در عدد ماخ 8/1 احتمالا کپسول بازگشتی از لحاظ دینامیکی شروع به ناپایداری می کند. یکی از روش ها برای عبور از این مشکل دادن زاویه حمله میانگین به کپسول است. این تغییر زاویه حمله میانگین، مشابه نتایج ارایه شده برای زاویه میانگین پنج درجه، منجر به پایداری دینامیکی خواهد شد.کلیدواژگان: کپسول بازگشتی، جریان مافوق صوت، پایداری دینامیکی، آیرودینامیک تجربی، آیرودینامیک ناپایا
-
صفحات 85-97آتروفی عضلانی از جمله مشکلاتی است که فضانوردان پس از بازگشت به زمین با آن مواجه هستند. پروتیین میوستاتین به عنوان یک مهار کننده رشد عضلات شناخته شده است. هدف این مطالعه بررسی تاثیر شرایط میکروگراویتی شبیه سازی شده بر بقای سلول های میوتوب موش (C2C12) و بیان ژن میوستاتین بود. مطالعات مورفولوژیک و آزمون MTT تاثیر اندک 48 ساعت قرارگیری در شرایط میکروگراویتی بر رشد سلولی و 40% کاهش رشد سلولی (p<0.05) پس از 72 ساعت را نشان داد. نتایج حاصل از رنگ آمیزی و الگوی قطعه قطعه شدن DNA افزایش آپاپتوز سلول ها را پس از 72 ساعت قرارگیری در شرایط میکروگراویتی نشان داد. بیان ژن میوستاتین پس از 48 ساعت کاهش (p<0.0001) و پس از 72 ساعت افزایش (P<0.001) یافت. بنابراین مهار بیان میوستاتین در سلول های میوتوب می تواند یک اقدام موثر در کاهش عوارض مخرب آتروفی عضله اسکلتی در شرایط میکروگراویتی در فضانوردان باشد. نتایج حاصل از این مطالعه می تواند به فضانوردان جهت کاهش اثرات منفی شرایط میکروگراویتی کمک کند.کلیدواژگان: آتروفی عضله، سلول های میوتوب موش، ریزجاذبه (میکروگراویتی)، سنجش بقای سلولی، میوستاتین
-
صفحات 99-109مدیریت ترافیک فضایی، راهی برای توسعه پایدار و طولانی مدت از فضای ماورای جو با رویکرد کاهش برخورد اجسام است. در این مقاله ارزیابی ریسک برخورد ماهواره ها با استفاده از روش احتمال برخورد انجام می شود. از میان روش های مختلف تعیین احتمال برخورد، روش پاترا (2005) و روش چان برای تعیین احتمال برخورد ماهواره نور با سایر اجسام فضایی استفاده شده است. نرم افزارهای مختلفی برای شبیه سازی حرکت و محاسبه احتمال برخورد اجسام در فضا توسعه داده شده اند. با توجه به معیارهایی که در متن اصلی شرح داده شده است، از ابزار Advanced Conjunction Analysis نرم افزار STK برای تحلیل ریسک برخورد ماهخواره ملی نور با سایر اجسام فضایی استفاده می شود. در این نرم افزار با استفاده از داده دو سطری اجسام فضایی و انتخاب مدل انتشار مداری، موقعیت هر جسم در فضا مشخص می شود. سپس با یکی از روش های تخمین احتمال، احتمال برخورد تعیین می شود. براساس احتمال به دست آمده میتوان در خصوص لزوم مانور ماهواره در زمان مناسب تصمیمگیری نمود.کلیدواژگان: مدیریت ترافیک فضایی، المان دوسطری، اجتناب از برخورد، مدل های محاسبه احتمال برخورد، روش پاترا، تعیین مدار، کوواریانس خطا، نرم افزار STK
-
صفحات 111-122
در محیط فضا، نوسانات حرارتی از مهم ترین تهدیدات برای اجزای خارجی سامانه های فضایی، مانند آنتن، محسوب میشود. میزان نوسانات حرارتی تابع مدار فضاپیما و جنس اجزای سامانه است و سبب انبساط و انقباض و اعوجاج سطوح آنتن شده و در عملکرد آن اختلال ایجاد میکنند. در این مقاله، اثرات انبساط و انقباض حرارتی در یک ماموریت مداری LEO بر مشخصات تشعشعی دو آنتن انعکاسی باند X ، که یکی از آنتنها پهن باند و دیگری باند باریک هستند، بررسی شده و مشخصات تشعشعی آنها با استفاده از نرم افزار شبیه ساز تمام موج استخراج میشود. مقایسه مشخصات تشعشعی این دو آنتن، با مشخصات تشعشعی آنتنهای نمونه معادل در دمای محیط، نشان میدهد که آنتنهای باند باریک آسیب پذیری بسیار بالایی نسبت به نوسانات حرارتی دارند و بنابراین، لازم است جنس آنتنها از موادی انتخاب شوند که ضریب انبساط حرارتی آن ها بسیار کوچک است. به علاوه، انتخاب روش حفاظتی مناسب، برای حفظ عملکرد مطلوب آنتن، از ضروری ترین فعالیت ها در ساخت آنتنهای فضایی است.
کلیدواژگان: مدارLEO، نوسانات حرارتی، آنتن انعکاسی، باند فرکانسی X
-
Pages 1-14This paper presents a study concerning active vibration control of a smart flexible spacecraft during attitude maneuver using thrusters and reaction wheels (RW) in combination and piezoelectric (PZT) sensor/actuator patches. The large-angle maneuver and residual vibration of the spacecraft are controlled using an extended Lyapunov-based design (ELD) and strain rate feedback (SRF) theory for a two-mode mission. The single-axis fully coupled nolinear rigid-flexible dynamic of the system is derived applying a Lagrangian approach and Finite Element Method (FEM). The overall stability of the system including energetic terms covering a hub and two flexible appendages, torsional spring, RW, and PZT dynamics, has been proved and the control law has been derived accordingly. A pulse-width pulse-frequency (PWPF) modulation is used to alleviate the excitations of high-frequency flexible modes. However, due to the fast maneuver, there are still residual vibrations in the system. Hence, the SRF algorithm using PZT is applied to prepare further vibration suppression. A great feature of the proposed hybrid actuator system is the switching time of the thrusters and RW, which is based on total system energy. The numerical results for a flexible spacecraft with large-angle, agile, and precise maneuver requirements through a comparative study verify the merits of the proposed approach.Keywords: active vibration control, flexible spacecraft, Hybrid actuators, Lyapunov design, piezoelectric patches
-
Pages 27-42In emergency situations, where there is no possibility of using terrestrial-based or space-based telecommunication platforms or when there is a need for providing telecommunication services in remote, rural or hilly areas which are faced with lacking telecommunication infrastructures, typically using tethered balloon-based telecommunication technology is the best choice. Despite all the advantages of using this technology, small and limited coverage area is the biggest drawback of using tethered balloon platforms. In this paper, using a tethered balloon equipped with antenna pointing mechanism is proposed in order to, extend their small coverage area to a large region, in addition to benefit from inherent tethered balloons technology advantages. In this regard, dynamic and kinematic modeling of the proposed antenna pointing mechanism is discussed. In this research, the kinematic model is validated using RoboAnalyzer software and Robotics MATLAB toolbox. Antenna pointing mechanism provides the rotation ability for the antenna in two Azimuth and Elevation directions which increased the coverage area dramatically.Keywords: Kinematic Modeling, Antenna Pointing Mechanism, Tethered Balloon, Coverage Area Enlargement
-
Pages 43-59The interaction of thruster plumes with satellite components can have undesirable effects, such as disturbance force/torque, thermal loading, and species deposition in the surfaces. The purpose of this paper is to use the Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) method to analyze the 3D plume impingement flows and investigate its effects. Two impingement problems are computed. The impact of a jet of nitrogen on an inclined flat plate is considered. Good agreement is found between surface quantities calculated by DSMC and experimental data. The plume of a hydrazine control thruster firing in a model satellite configuration is simulated. Surface quantities and net impingement effects are calculated. The effects of partial displacement of the thruster locations on the results have also been investigated. The results show that a 20% displacement of the thruster location can change the disturbance force/torque by up to 15% of the initial values.Keywords: space propulsions, Direct Simulation Monte Carlo, plume impingement flows, satellite, DSMC
-
Pages 61-71Sandwich panels are used in various industries due to their high special strength. It is used in ultra-light aerospace structures. In this paper the protective effect of sandwich structures used in ultralight space structures against gamma rays is investigated. Eight structures of the most widely used structures used in space structures such as telecommunication antennas and satellite bodies are exposed to radioisotopic sources of gamma rays (Amercium barium and cesium) with energies of 60 kV, 80 kV, 382 and 66 kV, have been compared to each other. Surface material (aluminum and carbon), surface thicknesses and honeycomb cell dimensions are the most important evaluation parameters. In this paper, different structures have been compared using the "special protection" parameter and the best structure from a protection perspective has been identified and reported.Keywords: Sandwich panels, space structures, Radiation Protection, carbon fiber composites
-
Pages 73-83Due to the lack of existence of control surfaces in entry capsules, the subject of static and dynamic stability is always important. In this paper, these coefficients are investigated experimentally for the case of forced oscillation at supersonic flow. In this experimental study, the effects of freestream Mach number, mean attack angle and pitch frequency on dynamic stability coefficients were evaluated. According to the results, in Mach 1.8, the geometry starts to be dynamically unstable. One approach to overcome this problem is to change the average attack of angle of the model. This change in the mean attack of angle, similar to the results presented for the five-degree mean angle, will lead to dynamic stability.Keywords: entry capsule, Supersonic flow, dynamic stability, experimental aerodynamic, Unsteady aerodynamic
-
Pages 85-97Muscle atrophy is one of the problems that astronauts face after returning to earth. Myostatin is a known negative regulator of muscle growth. This study aimed to investigate the effects of simulated microgravity condition on mouse myotube cells (C2C12) growth and the myostatin gene expression. The morphological studies and MTT cytotoxicity assay showed no significant alternation in cells after 48h simulation microgravity, however, after 72h ~40% of cell death accrued (p<0.05). The AO/PI staining and DNA fragmentation analysis confirmed this observation too. Analysis of the gene expression revealed that simulated microgravity reduced myostatin gene expression significantly after 48h (p<0.0001), however, after 72h, increased significantly (P<0.001). So, inhibition of myostatin expression in differentiated myocyte cells of astronauts could be an effective procedure to reduce skeletal muscle atrophy under microgravity condition.Keywords: Muscle Atrophy, Mouse myotube cells, Microgravity, Cell&rsquo, s growth assay, Myostatin
-
Pages 99-109In this article collision probability method is used to satellite collision risk analysis. Among different methods introduced for determining collision probability, Patera's (2005) and Chan methods are chosen to define Noor satellite collision to the other space objects. According to criteria described in the article, Advanced Conjunction Analysis Tools of STK software applied for collision risk analysis. The software, determine position of each object in space using Two Line Elements and appropriate propagation model according to altitude of the orbit. So collision probability calculated by one of the cpllision probability methods. If derived prababilty is larger than 10-3, so its necessary to schdule for suitable maneuver to avoid collision.Keywords: Space Traffic Management, Two Line Element, Collision Avoidance, Collision Probability Calculation Models, Patera Method, Orbit Determination, Error Covariance, STK software
-
Pages 111-122
Antennas, which are usually installed on the outer shell of these systems, are therefore always exposed to the thermal fluctuations of the space environment. Thermal fluctuations cause the antenna surfaces to expand, contract and distort and can cause the antenna to malfunction. In this paper, the effects of thermal expansion and contraction due to an LEO orbital mission on the radial characteristics of two X-band reflective antennas, one broadband antenna and the other narrowband, And the resulting radiation characteristics are compared with the characteristics of equivalent sample antennas at ambient temperature. Analyses show that narrowband antennas are very vulnerable to thermal fluctuations and, therefore, it is necessary to choose the material of the antennas from materials whose thermal expansion coefficient is very small. In addition, choosing the appropriate protection method to maintain the optimal performance of the antenna is one of the most essential activities in the construction of space antennas.
Keywords: Low earth orbit, Thermal cycling, reflector antenna, X-band frequency
©2000-2024 magiran.com All Rights Reserved.