فهرست مطالب

علوم و فناوری فضایی - سال شانزدهم شماره 3 (پیاپی 57، پاییز 1402)

نشریه علوم و فناوری فضایی
سال شانزدهم شماره 3 (پیاپی 57، پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/08/05
  • تعداد عناوین: 7
|
  • رقیه دوست*، صابر شهیدزاده، رقیه کریم زاده بائی، پدرام حاجی پور صفحات 1-14

    ایستگاه زمینی متحرک- هوایی (Aeronautical-ESIM) که به اختصار A-ESIM نامیده می‎شود، سرویس پهن‎باند ماهواره‏ای را برای سرنشینان هواپیماها فراهم می‎کند. با توجه به اشتراک فرکانسی این سرویس با سرویس‏های زمینی غیرماهواره ای قبلی، امکان تداخل فرکانسی آن بر روی سرویس‎های پیشین وجود دارد. بنابر مصوبه نشست جهانی ITU در سال 2019، با رعایت ماسک چگالی شار توان (‏PFD)‏ رسیده به زمین، باید از تداخل فرکانسی A-ESIM بر روی ایستگاه های زمینی هم‏فرکانس پیشگیری شود. البته تصویب روش تحقق شرط PFD به نشست جهانی 2023 موکول شده است. دراین راستا برخی کشورها به شبیه‏سازی و تعیین حداقل ارتفاع مجاز A-ESIM از زمین پرداخته‏اند، به طوری که PFD رسیده به زمین از ماسک تعیین شده فراتر نرود. در بسیاری از موارد تنها موقعیت‏های محدودی از ارتفاع‏های غیرمجاز، منجر به تجاوز PFD از ماسک می‏شوند. از این رو در این مقاله با راهکاری جدید موقعیت های مجاز و غیرمجاز A-ESIM در هر ارتفاعی کمتر از حداقل ارتفاع مجاز، نسبت به یک ایستگاه ثابت زمینی تعیین می‏شود. علاوه بر آن موقعیت های غیرمجازA-ESIM در دوحالت برخاست و فرود آن، بسته به شیب حرکت A-ESIM شبیه‏سازی و تعیین می‏شود.

    کلیدواژگان: ایستگاه زمینی متحرک پهن&lrm، باند ماهواره&lrm، ای-هوایی (A-ESIM)، تداخل فرکانسی، ایستگاه ثابت زمینی، چگالی شار توان
  • میلاد عظیمی*، صمد مرادی صفحات 15-26
    این مقاله به ایجاد یک بستر محاسباتی برای مسیله فرمیابی و تحلیل ارتعاشات سازه سه میله ای با پیش تنش محوری پرداخته است. فرایند فرمیابی به واسطه تعیین ماتریسهای اتصال در قالب دو مرحله تعیین مختصات گره ها و چگالی نیروی اعضاء انجام شده است. بطوریکه با سعی و خطا، حالتهای ممکن برای مختصات گره ها و چگالی نیروها صرفا با اطلاع از توپولوژی و نوع اعضاء تا ارضاء الزامات رنک در ماتریسهای چگالی نیرو و تعادل تعیین شده است. سپس معادلات حرکت و تحلیل ارتعاشات آزاد در قالب فرکانسهای طبیعی سیستم با بکارگیری روش المان طیفی و استفاده از شکل مودهای دینامیکی استخراج شده است. شبیه سازیها برای ارتفاعهای مختلف سیستم و نسبت مساحت سطح فوقانی به سطح پایینی ارایه و با روش المان محدود مقایسه شده است. نتایج حاصل در قالب یک مطالعه مقایسه ای برای فرکانسهای طبیعی توپولوژیهای مختلف سازه تنسگریتی سه میله ای، بیانگر میزان قوام فرمهای مختلف سازه برای کاربردهای تک یا چند بخشی میباشد.
    کلیدواژگان: ارتعاشات، المان طیفی، تنسگریتی نوع اول، فرم یابی، فرکانس طبیعی
  • حامد کاشانی* صفحات 27-36
    سامانه های هوافضایی و زیرسامانه های آنها به دلایل گوناگون مانند روشن و خاموش شدن موتورها، جدایش اجزای گوناگون در طول پرواز و غیره در معرض بار ضربه قرار می گیرند. بار ضربه می تواند سبب خرابی موقت یا دایمی برخی سامانه ها گردد. برای پیشگیری از این خرابیها در طراحی مکانیکی اجزای حساس به ضربه و ایزولاسیون آنها باید تمهیدات گوناگونی پیش بینی شود. رویکرد دیگر می تواند کاهش سطح ضربه وارد شده در مسیر انتقال باشد. بدون ایجاد تغییر در منشا ضربه و بدون افزودن اجزای جدید به سامانه و تنها با بهینه سازی طراحی یکی از اجزای موجود در این سامانه ها که همان اتصالات سازه هستند می توان از اثرات مخرب ضربه به میزان قابل توجهی کاست. در این مقاله بر مبنای نتایج رویکردی تحلیلی راهکارهایی عملی برای نیل بدین مقصود ارایه می شود
    کلیدواژگان: بار ضربه، اتصال اصطکاکی، اتصال پیچ، اتصال عمود، اتصال موازی، اتصال اریب
  • رضا قصری زاده*، امیرعلی نیکخواه صفحات 37-49

    این مقاله به ارایه ی راهکاری برای تشخیص و جبران خطای فریب سیگنال های گیرنده ی GPS، به منظور افزایش دقت ناوبری تلفیق سامانه های اینرسی با سیگنال-های GPSمی پردازد. تلفیق ناوبری اینرسی و داده های GPS مزایای زیادی دربردارد. با این حال به واسطه ضعف سیگنال های ماهواره ای در مقابل حملات قطعی و فریب، ارایه راهکارهای تحلیلی در بهبود تخمین فیلتر کالمن نسبت به راهکارهای سخت افزاری از جایگاه ویژه ای برخوردار هستند. در این مقاله، روش جدیدی برای تلفیق مستقل INS/GPS ارایه شده است که در آن از رفتار حالت ماندگار پارامترهای بهره ماتریس کالمن، برای تشخیص و جبران فریب، استفاده می گردد. با توجه به میل پارامترهای بهره فیلتر کالمن به مقادیر ثابت، با هدف تصحیح و پیش بینی خطای متغیرهای حالت، می توان از آن برای شناسایی داده های فریب GPS استفاده کرد. وجود فریب در سیگنال گیرنده ی GPS هنگام تلفیق با داه های اینرسی از طریق نوسانات بهره ی فیلتر کالمن قابل تشخیص است. به طوری که درایه-های ماتریس بهره فیلتر کالمن درحالت حلقه بسته به مقدار ثابتی میل می کنند و در صورت بروز فریب این عملکرد با نوسانات بسیاری همراه می شود. همچنین با استفاده از وزن دهی پویا اثر خطاهای ناشی از این حملات جبران می شود.

    کلیدواژگان: تلفیق مستقل INS، GPS، فیلتر کالمن، سیگنال فریب، بهره کالمن، حالت ماندگار
  • آیدا کاظمی حکم آباد، سیده الهه خاتون آبادی کلالی، امیررضا کوثری*، احسان کوثری، وحید بهلوری صفحات 51-68
    این مقاله فعالیت های خورشیدی و پدیده های آن را از منظر مخاطرات اقلیم فضا بر محیط زیست کره زمین و سلامت انسان در زمین و محیط فضا بررسی می نماید. خورشید به عنوان کانون منظومه شمسی مهمترین عامل شرایط محیطی اقلیم فضا است. پدیده های خورشیدی و ویژگی های آن ها نظیر فعل و انفعالات شیمیایی، تغییرات و بادهای خورشیدی، لایه های یونوسفر، مگنتوسفر و ترموسفر و امواج ساطع شده الکترومغناطیسی بررسی شده است. با توجه به آسیب هایی که امروزه از طریق پدیده های خورشیدی و تابش های شدید آن به محیط زیست وارد شده، مطالعه و جمع آوری اطلاعات درباره اقلیم فضا و تاثیر آن بر زیست کره زمین ضروری است. در این مقاله علاوه بر توضیح مختصر درباره فیزیک خورشید و پدیده های اقلیم فضا، تاثیرات این پدیده ها بر سلامت انسان بررسی شده است. در این راستا نتایج تحقیقات انجام شده بین المللی مطالعه و بررسی شده تا ارتباط بین بیماری های قلبی، مغزی، سرطان و همچنین نرخ تولد، سلامت فضانوردان و حیات حیوانات با پدیده های اقلیم فضا مشخص شود. نتایج این مقاله کمک می کند که در هنگام وقوع رویدادهای خورشیدی بتوان این رویدادها را پیش بینی نموده و با اتخاذ تدابیر صحیح علاوه بر حفظ سلامت زیستی، خسارات احتمالی را نیز حداقل نمود.
    کلیدواژگان: اقلیم فضا، خورشید، سلامت انسان، محیط زیست، کره زمین
  • حلیمه حسن پور* صفحات 69-78
    نور یکی از فاکتورهای حیاتی برای کشت گیاهان است. لامپ های ال ای دی با طیف های نوری مختلف دارای مزایایی نظیر تولید گرمای کم، نیازمندی به انرژی پایین و طول عمر بالا بوده که اولین بار برای طراحی اتاقک های رشد گیاه در سیستم های کشت بسته و تحقیقات فضایی استفاده شدند. در این پژوهش، اثر طیف های نوری بر مکانیسم رشد گیاه دارویی بابونه آلمانی با بررسی محتوای رنگیزه، سیستم دفاع آنزیمی و متابولیت های ثانوی ارزیابی شد. بذرها پس از کشت در محیط موراشیگ و اسکوگ تحت طیف های سفید، قرمز، آبی و قرمز-آبی قرار گرفتند. گیاهچه ها بعد از 4 هفته برداشت شده و تحت آنالیزهای رشد و بیوشیمیایی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که نور قرمز-آبی سبب القای وزن تر و خشک، طول ریشه، تعداد ریشه های جانبی، محتوای کلروفیل، پروتیین، فلاونویید و آنزیم های آنتی اکسیدانی سوپراکسید دیسموتاز و کاتالاز شد. طیف آبی طول ساقه را کاهش و محتوای نسبی آب را افزایش داد. بالاترین مقدار هیدروژن پراکسید در گیاهچه های تیمار شده با نور قرمز مشاهده شد. بنظر میرسد طیف های نوری با تغییر سطح هیدروژن پراکسید در تنظیم فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانی و تجمع متابولیت های ثانوی نقش دارند و نور قرمز-آبی می تواند به عنوان طیف نوری مناسب برای طراحی اتاقک کشت گیاه بابونه در تحقیقات فضایی استفاده شود.
    کلیدواژگان: طیف های نوری، بابونه آلمانی، رنگیزه کلروفیل، هیدروژن پراکسید، فلاونوئید
  • علیرضا آهنگرانی فراهانی، امیرحسین آدمی*، حامد عارف خانی صفحات 79-89
    در این مقاله به ارایه یک رویکرد جدید در طراحی کنترل کننده وضعیت یک ماهواره با استفاده از چرخ های عکس العملی پرداخته شده است. ابتدا یک کنترل کننده غیرخطی که بهره های آن در هر لحظه وابسته به متغیرهای حالت است پیشنهاد می گردد. در گام اول، روند استخراج ضرایب کنترل با استفاده از بهینه ساز GA تشریح می گردد. سپس با استفاده از نتایج تعدادی آزمایش، داده کافی برای شبه مدل سازی (Meta Modelling) سیستم استخراج شده و با استفاده از بانک داده ها، تابع بهره های کنترلی مربوطه بهینه سازی می گردند. ورودی تابع مذکور حالت های سیستم و خروجی آن ضرایب کنترلی است. در نهایت از یک پلتفرم شبیه ساز تعیین و کنترل وضعیت ماهواره مبتنی بر یاتاقان هوایی جهت ارزیابی رویکرد پیشنهادی استفاده گردید. نتایج تست آزمایشگاهی نشان می دهد عملکرد روش پیشنهاد شده تا 30% بهتر از کنترل کننده کلاسیک PID با ضرایب ثابت است.
    کلیدواژگان: چرخ های عکس العملی، کنترل وضعیت، پلتفرم شبیه ساز تعیین و کنترل وضعیت، یاتاقان هوایی
|
  • Roghayeh Doost *, Saber Shahidzadseh, Roghieh Karimzadeh Baee, Pedram Hajipour Pages 1-14

    Aeronautical-ESIM (A-ESIM) provides a satellite broadband service for aircraft occupants. Due to the frequency sharing of Aeronautical-ESIM (A-ESIM) satellite broadband service with previous ones, there is a possibility of its frequency interference on them. According to the resolution WRC 2019, the A-ESIM frequency interference on co-frequency ground stations must be prevented by observing the Power Flux Density (PFD) mask . However, the approval of the PFD condition fulfillment method has been postponed to the World Radio Communication Conference 2023. In this regard, some countries have simulated and determined the minimum allowable height of A-ESIM from the ground, so that the PFD reached the ground does not exceed the specified mask. In many cases, only limited positions of unauthorized heights will cause the PFD to override the mask. Therefore, in this paper, with a new solution, the authorized and unauthorized positions of A-ESIM are determined at any height less than the minimum allowable height, relative to a fixed ground station. In addition, the unauthorized positions of the A-ESIM in both take-off and landing positions are simulated and determined depending on the slope of the A-ESIM

    Keywords: Aeronautical-Earth station in motion (A-ESIM), Frequency Interference, fixed ground station, power flux density
  • Milad Azimi *, Samad Moradi Pages 15-26
    This paper deals with form-finding and free vibration analysis of a pre-stressed class-one triplex tensegrity structure. The form-finding is performed via a two-step procedure, the nodal coordinates connectivity matrix, and structural element force density determination. Accordingly, the possible states for the nodal coordinates and the structural force density of the triplex prism have been determined by trial and error (based on topology and member type knowledge) to satisfy the force density, and equilibrium matrices rank requirements. Based on different structural topologies, the equation of the motion in the frequency domain for free vibration analysis of the system is derived using the spectral element approach and dynamic shape functions. Simulations are provided for different system heights and the top-bottom aria ratios and compared with the FEM. The numerical simulations in the form of a comparative study of the natural frequencies of triplex tensegrity prism with different heights and cross-sections represent the system’s robustness with different topologies for single or multi-stage applications.
    Keywords: Class-one tensegrity, Form-finding, Natural frequency, Spectral element, vibration
  • Hamed Kashani * Pages 27-36
    Aerospace systems and subsystems are subjected to impulsive loads due to several reasons like engine start and burnout, separation, and so on. These loads may make temporary or permanent failures in some sensitive components or subsystems. To avoid these failures some constraints should be consider in design mechanical process. Another approach can be reducing the load level in transmission path without any change in the source of load and without adding any new component and only with design optimization of available components i.e, structural joints destructive effects of impulsive loads. This paper uses analytical results of joints behavior to present practical solution for minimizing load transmission through the joint
    Keywords: Impulsive load, friction joint, Bolted joint, normal joint, parallel joint, oblique joint
  • Reza Ghasrizadeh *, Amir Ali Nikkhah Pages 37-49

    This paper presents a solution for detecting and recovery for the spoof error of GPS receiver signals, in order to increase the accuracy of the navigation system integrating inertial systems with GPS signals. integrated inertial navigation and GPS data has many advantages. However, due to the weakness of satellite signals against jamming and spoof attacks of providing analytical solutions, they have a special place in improving Kalman filter estimation compared to hardware solutions. In this paper, a new method for loosely coupled of INS/GPS is presented, in which the steady state of Kalman gain parameters is used during deception detection and recovery. With the gain parameters of the Kalman filter tending to constant values, with the aim of correcting and predicting the error of state variables, it can be used to detection GPS spoofed data. It can be detected by spoof in the GPS receiver signal when couple with inertial waves through the amount of Kalman gain fluctuations. In the case of closed loop, the Kalman gain matrix denominators tend to a constant value, and in case of deception, this function is associated with many fluctuations. By using dynamic weighting, the effect of errors caused by these attacks is recovered.

    Keywords: Loosely coupled GPS, INS, Kalman Filter, Spoofing signal, Gain Kalman, Steady-State
  • Aida Kazemi Hokmabad, Seyede Elahe Khatoon Abadi Kalali, Amir Reza Kosari *, Ehsan Kosari, Vahid Bohlouri Pages 51-68
    This paper investigates solar activities and its phenomena from the perspective of risks to the earth's environment, human health, and space weather risks to space systems. In this article, in addition to a brief explanation about the physics of the sun and space weather phenomena, the effects of these phenomena on human health have been investigated. moreover the results of international researches have been studied and analyzed to determine the relationship between heart diseases, brain diseases, cancer, birth rates, health of astronauts, and animal life with space weather phenomena. The results of this article help to predict these events during the occurrence of solar events and by taking the correct actions in addition to preserving biological health, possible damages can also be minimized.
    Keywords: Space weather, Sun, Human Health, Environment, Planet Earth
  • Halimeh Hassanpour * Pages 69-78
    Light is a vital factor for plant cultivation. LED lamps in different spectra have some advantages such as low heat production and energy requirement, and long lifespan, which was used for the first time to design plant growth chambers in closed culture systems and space research. In this research, impact of light spectrums was studied on the growth mechanisms through chlorophyll pigments, enzyme defense system, and antioxidant metabolite analyses. Seeds were cultivated in Murashige and Skoog medium and exposed to different light spectrums of white, red, blue, and red-blue. Then, the seedlings were harvested for growth and biochemical analyses after 4 weeks. Results showed that red-blue and blue lights induced the fresh weight, dry weight, root length, adventitious roots, chlorophyll content, protein, flavonoids and antioxidant enzymes of superoxide dismutase and catalase. Blue spectrum significantly decreased stem length and increased the relative water content. Moreover, the highest amount of hydrogen peroxide was observed in seedlings treated with red light. It seems that light spectra by changing the hydrogen peroxide level can regulate antioxidant enzyme activity and enhance antioxidant metabolites, and red-blue light may use as a suitable lighting spectrum for the design of M. chamomilla cultivation chamber in space research.
    Keywords: Optical spectra, Matricaria Chamomilla, chlorophyll pigment, Hydrogen peroxide, Flavonoid
  • Alireza Ahangarani Farahani, Amirhossain Adami *, Hamed Arefkhani Pages 79-89
    In this article, a new approach has been presented in the design of a satellite's status controller using reaction wheels. First, a non-linear controller whose gains depend on the state variables at any moment is proposed. In the first step, the process of extracting control coefficients using the GA optimizer is described. Then, using the results of a number of tests, sufficient data for meta-modeling of the system is extracted and the relevant control gain functions are optimized using the data bank. The input of the mentioned function is the system states and its output is the control coefficients. Finally, a simulator platform was used to determine and control the position of the satellite based on the air bearing to evaluate the proposed approach. Laboratory test results show that the performance of the proposed method is up to 30% better than the classical PID controller with fixed coefficients.
    Keywords: Reaction wheels, Attitude control, attitude determination, control simulator platform, Air bearing