فهرست مطالب

علوم و فناوری فضایی - سال هفدهم شماره 1 (پیاپی 60، بهار 1403)

نشریه علوم و فناوری فضایی
سال هفدهم شماره 1 (پیاپی 60، بهار 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/01/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سید علی ظهیری پور* صفحات 1-9
    به منظور افزایش دقت فرایند ترازیابی اولیه سیستم های ناوبری اینرسی با صفحه پایدار، روشی از طریق کنترل فیدبک حالت در مود پرواز ارایه شده است. در روش ارایه شده، کنترل کننده فیدبک حالت، با استفاده از زوایای انحراف صفحه پایدار و خطای سنسورها که به کمک فیلتر کالمن استخراج می شود، طراحی شده است. برای انجام این کار، ضمن بررسی وضعیت مشاهده پذیری سیستم، با اضافه کردن مانورهای پروازی مناسب و بیان معادلات انتشار خطای ناوبری، به فرم یک سیستم تکه ای ثابت با زمان، امکان تخمین زوایا و خطاهای سنسورها در فاز ترازیابی میسر شده و زمینه برای طراحی فیدبک حالت فراهم شده است. سپس با در نظر گرفتن معادلات حرکت صفحه پایدار و استفاده از اصل جداپذیری طراحی رویتگر و کنترل-کننده، یک کنترل کننده فیدبک حالت طراحی شده است. در انتها، نتایج شبیه سازی روش پیشنهادی، بیانگر افزایش دقت فرایند ترازیابی و به تبع آن افزایش دقت ناوبری، نسبت به روش متداول فیدبک خروجی است.
    کلیدواژگان: ترازیابی اولیه، سیستم های ناوبری، صفحه پایدار، تخمین، فیدبک حالت
  • امیر لبیبیان* صفحات 11-20
    در ماهواره های سنجشی با تفکیک مکانی بالا، حفظ الزامات پایداری و نشانه روی برای موفقیت ماموریت حیاتی است. بدین جهت، معمولا از ژایروسکوپ های بسیار دقیق به عنوان یکی از سنسورهای اصلی تعیین وضعیت استفاده می شود. در این راستا، به منظور جلوگیری از کاهش دقت تخمین وضعیت داده های ژایروسکوپ باید در فواصل زمانی مناسبی کالیبره شوند. در این پژوهش، رویکرد مبتنی بر فیلتر کالمن توسعه یافته جهت کالیبراسیون ژایروسکوپ مورد بررسی قرار گرفته است. بنابراین، نخست، مدلی که در بردارنده پارامترهای اصلی ژایرو شامل بایاس ها، ضرایب مقیاس و عدم همراستایی هاست معرفی می شود. در ادامه، الگوریتمی مبتنی بر فیلتر کالمن توسعه یافته جهت تخمین پارامترهای ژایرو ارایه می شود. سپس، از یک فیلتر کالمن توسعه یافته مبتنی بر کواترنیون ضربی به همراه داده های سنسور ستاره جهت تخمین وضعیت بهره گرفته می شود. در انتها برای ارزیابی عملکرد کالیبراسیون در حلقه کنترل وضعیت، کنترل کننده ای مبتنی بر بازخورد کواترنیون طراحی و بکار گرفته شده است. نتایج بدست آمده از حلقه کنترل وضعیت، دقت پایداری 0.005 درجه بر ثانیه و دقت نشانه روی 0.15 درجه را نشان می دهد که بیانگر کارایی روش ارایه شده در ماموریتهایی با الزامات کنترلی سختگیرانه است.
    کلیدواژگان: کالیبراسیون ژایرو، فیلتر کالمن توسعه یافته، تخمین وضعیت دقیق، بازخورد کواترنیون، ماهواره های سنجشی
  • تانیا منصور فلاح، بهزاد وثوقی، سید رضا غفاری رزین* صفحات 21-36
    در این مقاله هدف استفاده از مدل کمترین مربعات رگرسیون بردار پشتیبان (LS-SVR) جهت مدل سازی مکانی-زمانی مقدار محتوای الکترون کلی یونسفر (TEC) است. جهت انجام اینکار، از مشاهدات 15 ایستگاه GPS موجود در منطقه شمالغرب ایران در بازه زمانی روزهای 193 الی 228 از سال 2012 استفاده شده است. مقایسه نتایج مدل جدید با مدل های رگرسیون بردار پشتیبان (SVR)، مدل شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، مدل استنتاج عصبی-فازی سازگار (ANFIS)، مدل کریجینگ، مدل GIM، مدل تجربی بین المللی مرجع یونسفر 2016 (IRI2016) و همچنین مقادیر TEC حاصل از GPS به عنوان مشاهده مرجع انجام می گیرد. دقت همه مدل ها در ایستگاه های کنترل داخلی و خارجی ارزیابی و تفسیر شده است. آنالیزهای انجام گرفته نشان می دهد که میانگین RMSE مدل های ANN، ANFIS، SVR، LS-SVR، Kriging، GIM و IRI2016 در دو ایستگاه کنترل داخلی به ترتیب برابر با 91/3، 73/2، 27/1، 04/1، 70/2، 02/3 و 93/6 TECU بوده است. تجزیه و تحلیل روش PPP بهبود 50 میلی متری در مولفه های مختصات با استفاده از مدل LS-SVR را نشان می دهد. نتایج این مقاله نشان می دهد که مدل LS-SVR را می توان به عنوان جایگزینی برای مدل های جهانی و تجربی یونسفر در منطقه مورد مطالعه در نظر گرفت. مدل LS-SVR یک مدل یونسفر محلی با دقت بالا محسوب می شود.
    کلیدواژگان: یونسفر، TEC، GPS، شمالغرب ایران، یادگیری ماشین، LS-SVR
  • پیمان محمدی*، مهدی عالمی رستمی صفحات 37-48
    از مهمترین مسایل مربوط به تامین توان لامپ های TWTA در ماهواره ها داشتن ریپل پایین ، بازده بالا، قابلیت اطمینان بالا ، حجم و وزن بهینه می باشد. در این مقاله راندمان و قابلیت اطمینان مبدل الکترونیک-قدرت DC/DC ولتاژ بالا برای کاربرد در سامانه های ماهواره و فرستنده آن بهینه می شود. هدف بهینه سازی، حداقل سازی تابع هدف که شامل راندمان و قابلیت اطمینان است به کمک الگوریتم ژنتیک چند هدفه (NSGA-II) می باشد. بمنظور ارزیابی قابلیت اطمینان از مدل مارکوف استفاده می شود که در آن خطاهای اتصال کوتاه و مدار باز برای کلیدها و دیودهای مدار و خطای اتصال کوتاه برای المان های پسیو مدار در نظر گرفته شده است. برای بهینه سازی ابتدا متغیرهای ورودی الگوریتم به عنوان ورودی تابع هدف تعیین می شوند تا به کمک آنالیز حساسیت پارامترهایی که دارای حساسیت پایینی هستند و تغییراتشان بر تابع هدف تاثیر عمده ندارد، حذف شوند. همچنین پارامترهای الگوریتم NSGA-II شامل تعداد تکرار، تعداد جمعیت و احتمال تقاطع و جهش برای محاسبه دقیق متغیرهای مدار، تعیین شده اند. همانگونه که در بخش نتایج آورده شده است در این روش علاوه بر حفظ راندمان بالا با انتخاب بهینه المان ها می توان به قابلیت اطمینان بالا برای این مبدل دست یافت.
    کلیدواژگان: مبدل ولتاژ بالای DC، قابلیت اطمینان، بازده، الگوریتم ژنتیک، مدل مارکوف، لامپ توان بالا در ماهواره
  • هادی جلیلی* صفحات 49-62
    در این مقاله، ابتدا به بررسی الگوهای توسعه فناوری فضایی در کشورهای منطقه پرداخته شده و معیارها و شاخصه های اصلی هر یک از این الگوها استخراج شده است. در این تحقیق با صرف نظر از کشورهای پیشرو مانند آمریکا، روسیه، اتحادیه اروپا، چین، ژاپن و هند، به بررسی کشورهای مطرح منطقه در حوزه فضایی پرداخته شده است. این کشورها در درجه اول اهمیت شامل رژیم اشغالگر قدس، کره جنوبی و ترکیه و در درجه دوم اهمیت شامل امارات متحده عربی، کره شمالی، قزاقستان و پاکستان می باشند. پس از آن، تحلیل SWOT برای شرایط توسعه فناوری فضایی در کشور انجام شده و در انتها بر اساس نیازمندی های الگوی توسعه فناوری فضایی، بهترین الگوی توسعه به همراه نیازمندی های مربوطه اعلام شده است. بر اساس نتایج این تحقیق، "مدل توسعه بومی" بهترین مدل توسعه فناوری فضایی در کشور می باشد و یکی از مهمترین زیرساخت های موردنیاز در این زمینه، داشتن آزمایشگاه زیرمداری و قابلیت انجام پرتاب های مداری ارزان قیمت با جرم حداقلی می باشد.
    کلیدواژگان: توسعه فناوری فضایی، الگوی توسعه، آزمایشگاه زیرمداری، پرتاب مداری ارزان قیمت
  • مریم صلواتی فر* صفحات 63-71
    گرانش زمین یکی از نیروهایی است که به طور مداوم بر موجودات زنده تاثیر می گذارد. تغییرات آن می تواند بر رفتار و عملکرد موجودات موثر باشد. مطالعه چنین اثراتی می تواند منجر به کشف روش های کاربردی نوین شود. فلزات سنگین خطرات زیادی برای سلامت انسان دارند. آن ها به عنوان شبه عنصر عمل نموده و حتی ممکن است در فرآیندهای متابولیک اختلال ایجاد کنند. کادمیوم به عنوان یکی از خطرناک ترین فلزات، به دنبال القای استرس اکسیداتیو، باعث ایجاد نقص در ترمیم DNA، آسیب به DNA و گاهی منجر به سرطان می شود. روش های مختلفی برای حذف فلزات سنگین از آب آشامیدنی معرفی شده است. حذف زیستی توسط پروبیوتیک ها یکی از این روش های بی خطر می باشد. در این مطالعه اثر لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس بر حذف زیستی کادمیوم در شرایط میکروگراویتی و گرانش مریخ اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که تیمار 24 ساعته آب توسط لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس باعث حذف 77/43% از غلظت کادمیوم.در گرانش زمین، 74/54% تحت میکروگراویتی و 84/54% در گرانش مریخ شد. آنالیز آماری نشان داد لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس در حذف زیستی کادمیوم موثر بوده و حتی با تغییرات جاذبه نیز این قابلیت حفظ گردید. بنابراین می توان از این باکتری در رفع آلودگی فلزات سنگین در زمان ماموریت های فضایی به منظور حفظ سلامت فضانوردان بهره جست.
    کلیدواژگان: کادمیوم، لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس، پروبیوتیک، میکروگراویتی، جاذبه مریخ
  • آرین زکیانی، سید حسن صدیقی*، راضیه نریمانی صفحات 73-79

    در این مقاله طراحی و ساخت آنتن آرایه ای مسطح فشرده با بهره ی زیاد برای ارسال داده های ماهواره در باند X ارایه شده است. با توجه به الزمات ماموریت ماهواره های تصویربرداری و نیاز به چرخش پرتوی آنتن در راستای دلخواه بدون استفاده از ساز و کار مکانیکی، آنتن آرایه ی همدیس یکی از بهترین گزینه ها به شمار می رود. براساس تحلیل های صورت گرفته در این پژوهش، ساختار چندوجهی عملکرد مناسبی داشته و آرایه ی همدیس به صورت 6 وجهی طراحی شده است. زیرآرایه های صفحه ای طراحی شده متشکل از 8 المان پچ دایروی، با بهره بالا و شبکه تغذیه مناسب است که قابلیت بکارگیری در این ساختارها را دارد. زیرآرایه ی صفحه ای مورد نظر پس از شبیه سازی، ساخته و نتایج مورد بررسی قرار گرفته است. براساس نتایج به دست آمده، طراحی انجام شده جهت رسیدن به آرایه همدیس براساس ابعاد در اختیار بر روی سازه ی ماهواره مناسب می باشد.

    کلیدواژگان: آنتن آرایه ای، ماهواره، بهره بالا
|
  • Seyed Ali Zahiripour * Pages 1-9
    A method for increasing the accuracy of the initial alignment process of inertial navigation systems with a stable platform is presented through state feedback control in flight mode. In the presented method, the state feedback controller is designed by using the stable plate deviation angles and the sensor error which is extracted with the help of Kalman filter. To do this, while checking the observability of the system, by adding suitable flight maneuvers and expressing the equations of propagation of navigation error, in the form of a fixed piece system with time, it is possible to estimate the angles and errors of the sensors in the align phase. The groundwork is provided for the design of state feedback. Then, taking into account the stable platform motion equations and using the principle of separation of observer and controller design, a state feedback controller is designed. In the end, the simulation results of the proposed method show an increase in the accuracy of the alignment process and, consequently, an increase in the accuracy of the navigation, compared to the conventional output feedback method.
    Keywords: Initial alignment, Navigation Systems, Stable Platform, Estimation, State Feedback
  • Amir Labibian * Pages 11-20
    IIn high resolution remote sensing satellites, meeting stability and pointing requirements are very crucial in mission’s success. In this regard, usually, very accurate gyroscopes are utilized as one of the main attitude sensors. In order to avoid decreasing attitude estimation accuracies, gyroscopes data should be calibrated in appropriate time intervals. In this research an Extended Kalman Filter (EKF) based approach is investigated for gyro calibration. Therefore, at first, a model which contains main gyro parameters, namely, biases, scale factors and misalignments is proposed. Then, an EKF based algorithm for gyro parameters estimation is presented. Next, a Multiplicative Quaternion Extended Kalman Filter (MQEKF) which uses star sensor data as measurement is applied for attitude estimation. Finally, in order to evaluate the performance of the proposed gyro calibration method in attitude control loop, a quaternion feedback controller is implemented. The simulation results show that satellite’s stability and pointing are maintained with accuracies better than 0.005 deg/second and 0.15 deg which demonstrate the proposed method will be beneficial for missions with tight control requirements.
    Keywords: Gyro calibration, EKF, High-Precision Attitude Estimation, Quaternion Feedback, Remote Sensing Satellites
  • Tania Mansour Fallah, Behzad Voosoghi, Seyyed Reza Ghaffari-Razin * Pages 21-36
    In this paper, the aim is to use the least squares support vector regression (LS-SVR) for spatio-temporal modeling of the ionospheric total electron content (TEC). In order to do this, the observations of 15 GPS stations in the north-west of Iran have been used in the period from 193 to 228 at 2012. Comparing the results of the new model with support vector regression (SVR), artificial neural network (ANN), adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS), Kriging model, GIM and international reference ionosphere 2016 (IRI2016) as well as TEC obtained from GPS. The analyzes performed show that the averaged RMSE of ANN, ANFIS, SVR, LS-SVR, Kriging, GIM and IRI2016 models in two interior control stations are 3.91, 2.73, 1.27, 1.04, 2.70, 3.02 and 6.93 TECU, respectively. Also, the averaged relative error of the models in two interior control stations was calculated as 15.98%, 9.39%, 7.85%, 6.09%, 11.60%, 12.54% and 26.56%, respectively. Analysis of the PPP method shows an improvement of 50 mm in the coordinate components using the LS-SVR model. The results of this paper show that the LS-SVR model can be considered as an alternative to global and empirical models of the ionosphere in the study area.
    Keywords: Ionosphere, TEC, GPS, Northwest of Iran, Machine Learning, LS-SVR
  • Peyman Mohammadi *, Mehdi Alemi Rostami Pages 37-48
    One of the most important issues related to the power supply of TWTA lamps in satellites is to have low ripple, high efficiency, high reliability and optimal volume and weight,. In this article, the efficiency and reliability of high voltage DC/DC electronic-power converter is optimized for use in satellite and TWTA lamps. The goal of optimization using multi-objective genetic algorithm (NSGA-II) in this article is to minimize the objective function, which includes efficiency and reliability. Markov model is used to evaluate reliability, in which short-circuit and open-circuit errors are considered for circuit switches and diodes, and short-circuit errors are considered for passive circuit elements. for optimization, first, the input variables of the algorithm are determined as the input of the objective function, so that with the help of sensitivity analysis, the parameters that have low sensitivity and their changes do not have a major impact on the objective function are eliminated. parameters of NSGA-II algorithm, including the number of iterations, the number of populations, and the probability have been determined for the accurate calculation of circuit variables. the results section this method, in addition to maintaining high efficiency, with the optimal selection of elements, high reliability can be achieved .
    Keywords: High voltage DC converter, Reliability, Efficiency, Genetic Algorithm, Markov model, klystron lamps
  • Hadi Jalili * Pages 49-62
    In this paper, the models of space technology development in regional countries have been studied first, and the main criteria of each of these models have been classified. In this research, by ignoring the leading countries such as USA, Russia, European Union, China, Japan and India, the prominent countries of the region in the field of space technology have been investigated. These countries include the occupying regime of Al-Quds, South Korea and Turkey in the first degree of importance and the United Arab Emirates, North Korea, Kazakhstan and Pakistan in the second degree of importance. Then, SWOT analysis has been done for the space technology trends in the country, and by considering the requirements of the space technology development models, the proper development model has been introduced with the relevant requirements. According to the obtained results, the indigenous development model is the best space technology development model for the country, and one of the most important infrastructures needed in this model is to have a suborbital laboratory and a minimal mass orbital launch service.
    Keywords: Space Technology Development, Development model, Suborbital Laboratory, Minimal Mass Orbital Launch Service
  • Maryam Salavatifar * Pages 63-71
    Earth's gravity is one of the forces that constantly affects living organisms. It's changes can affect organisms behavior and performance. Study of such effects can lead to the discovery of new practical methods. Heavy metal toxicity have a lot of risks to human health. They sometimes act as a pseudo element of the body and they may even interfere with metabolic processes. Cadmium as one of the most hazardous heavy metals, cause defects in DNA repair following the induction of oxidative stress, DNA damage and may lead to cancer. Several methods have been introduced to remove heavy metals from drinking water. Bioremoval by probiotic is one of these safe methods. In this study Lactobacillus acidophilus effect on cadmium bioremoval was measured in microgravity and Mars gravity conditions. The results demonstrated that the 24-hour water treatment by L. acidophilus removed 43.77% of the cadmium concentration in the Earth gravity, 54.74% under microgravity and 54.84% in Mars gravity. Statistical analysis showed that L. acidophilus was effective in cadmium bioremoval and this ability was maintained even with gravity changes. Therefore, this bacterium can be used to remove heavy metal pollution during space missions in order to maintain the health of astronauts.
    Keywords: Cadmium, Lactobacillus acidophilus, Probiotic, Microgravity, Mars gravity
  • Arian Zakiani, Seyed Hassan Sedighy *, Razieh Narimani Pages 73-79

    Due to the limited communication time between LEO satellites and the ground station and large volume of satellite image data, it is necessary to establish a high transmission rate connection. Therefore, the use of a high-efficiency satellite antenna is inevitable. In order to use the limited viewing time of the satellite, it must be possible to communicate with the ground station at low angles and change the main beam direction of satellite antenna to the direction of the ground station. The proposed array is composed of 8 antenna elements with a compact microstrip feed network. Low profile structure, circular polarization, high gain and low cost specifications of this proposed antenna array, candidate it for conformal array antenna in satellite applications.

    Keywords: Array antenna, satellite, High gain