فهرست مطالب

نشریه علوم، فناوری و کاربردهای فضایی
سال سوم شماره 2 (پیاپی 6، پاییز و زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/12/01
  • تعداد عناوین: 12
|
  • رضا امجدی فرد*، فرهاد باقراسکوئی صفحات 1-12
    سنجش قابلیت اطمینان مبدل های الکترونیک قدرت به دلیل عملکرد آنها تحت تنش های حرارتی و الکتریکی، اهمیت زیادی داشته و نیازمند کمی سازی است. محیط فضا به دلیل دامنه و سرعت زیاد تغییرات دما از جمله محیطهای پرتنش برای قطعات و تجهیزات الکترونیکی است. عملکرد هنجار یا ناهنجار یک مبدل براساس شرایط محیطی، ساخت و بهره برداری تعیین می شود. شاخص های خرابی فعلی تنها مبتنی بر داده های خرابی های قبلی بوده و بر اساس اطلاعات تاریخچه عملکرد مبدل محاسبه می شوند که فرآیند پیرشدگی به شدت بر آنها اثرگذار است. در این مقاله، با کمک داده های حاصل از پایش وضعیت مبدل به صورت زمان واقعی شاخصی جدید معرفی می شود. هر مبدل با استفاده از شبکه های عصبی تکثیرکننده مدلسازی شده و ضریب بازسازی شبکه یا خطای بازسازی به عنوان شاخص پایایی یا ضریب ناهنجاری مبدل لحاظ خواهد شد. در حقیقت، سنجش قابلیت اطمینان مبتنی بر قیاس بین یک مدل مرجع از شرایط سلامت مبدل و عملکرد ناهنجار آن در آینده صورت می پذیرد. در روش پیشنهادی یک تابع توزیع نرمال بر روی سیگنال خطای بازسازی شده، برازش و درصد فاصله آنها به عنوان ضریب ریسک ناهنجاری معرفی می-شود. مزایای این روش عبارتند از لحاظ نمودن تمامی عدم قطعیت ها در فرآیند ساخت کلید قدرت و شرایط کاری آن، عدم نیاز به فرآیند آزمون پیرشدگی در تهیه داده خرابی و لحاظ نمودن تمامی خرابی ها. در زیرسیستم توان الکتریکی فضاپیماها می توان با استفاده از روش فوق، قابلیت اطمینان مبدل های الکترونیک قدرت را بر اساس داده های اخذ شده از نمونه های کیفی ارزیابی نمود.
    کلیدواژگان: تخمین طول عمر مفید باقیمانده، کلیدهای قدرت نیمه هادی، شبکه های عصبی، تشخیص ناهنجاری
  • زهرا امیرسرداری*، بابک افضلی، محمدرضا امیرسلیمانی صفحات 13-21

    به منظور بررسی میزان اثر نانوذرات ایریدیم (Ir) به عنوان فاز فعال بارگذاری شده در شرایط اتمسفری، کاتالیست هایی با حامل یکسان، اما محتوای متفاوت نمک ایریدیم (10، 15 و 20 درصد وزنی) بر روی پایه های گرانولی گاما آلومینا به منظور تجزیه هیدرازین تهیه کردیم. عملکرد نانوذرات کاتالیستی هنگام استفاده از 15 و 20 درصد وزنی ذرات ایریدیم بهتر بود و همچنین گزینش پذیری به هیدروژن حدود 27 درصد شد. افزایش سرعت واکنش از 181 تا 218 بر ساعت در بارگذاری 15 درصد وزنی ذرات ایریدیم به دلیل پراکندگی خوب فازهای فعال با جلوگیری از کلوخه شدن سطح مشاهده گشت؛ بنابراین، به عنوان یک نتیجه رضایت بخش از این بررسی، مشخص شد که کاتالیست های ایریدیم با درصد وزنی متفاوت (15 و 20 درصد وزنی)، عملکردی یکسان در برابر فعالیت و سرعت گزینش پذیری به هیدروژن از خود نشان می دهند و جایگزین مناسب برای یکدیگر هستند. استفاده از کاتالیزوری با درصد وزنی کمتر فاز فعال و فعالیت زیاد به دلیل هزینه کم از نظر اقتصادی قابل قبول است.

    کلیدواژگان: نانوذرات ایریدیم، کاتالیست، درصدهای وزنی، فعالیت کاتالیستی
  • مجتبی فرقانی*، مائده السادات ضوئی، محمدرضا پاک منش، محمد چیانی، سعید اصغری صفحات 22-31

    پانل ساندویچی المان مهمی از سازه ماهواره است که جنس های مختلف فلزی و کامپوزیتی به منظور ساخت رویه ی آن به کار برده می شوند. آندایزینگ به عنوان یک پوشش تبدیلی به منظور دستیابی به خواص نهایی سطح پانل در راستای پایداری سازه در شرایط محیط فضا کاربرد دارد. آندایزینگ یک واکنش الکتروشیمیایی است که در آن لایه اکسیدی با استفاده از نیروی الکتریسیته تشکیل می شود. در حین انجام فرایند آندایزینگ در صورتی که جریان محدود کننده، حاصل از تحرک بارهای الکتریکی بین سطح لایه آندیک و الکترولیت، زیاد شود، پلاریزاسیون غلظتی ایجاد شده و فرایند متوقف می شود. با توقف فرایند بدون صرف زمان کافی جهت به دست آمدن ضخامت کافی برای رنگ پذیری لایه آندیک سیاه به منظور کاربرد در پوشش های فضایی حاصل نمی گردد. در این پژوهش با انجام فرایند آندایزینگ در چهار ظرف 250، 500، 2000 و cm3 40000، تاثیر حجم الکترولیت و در نتیجه زمان توقف فرایند در اثر بروز پدیده پلاریزاسیون غلظتی بر خواص نوری- حرارتی، سایش و خوردگی لایه به دست آمده در هر یک از فرایندها بررسی شد. بررسی خواص نوری- حرارتی توسط آزمون ضریب نشر فروسرخ و جذب خورشیدی، مقاومت سایشی توسط آزمون پین بر روی دیسک و مقاومت خوردگی توسط آزمون مه نمکی انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش حجم الکترولیت ناشی از افزایش حجم ظرف، زمان توقف فرایند افزایش می یابد. نتایج اندازه گیری خواص نوری- حرارتی، سایش و خوردگی برای سه ظرف با حجم 500، 2000 و cm3 40000 نشان داد که با افزایش حجم الکترولیت و متعاقب آن زمان اتمام فرایند، ضخامت لایه آندیک بیشتر شده که موجب بهبود خواص نوری- حرارتی و مقاومت خوردگی و سایشی می شود.

    کلیدواژگان: پوشش تبدیلی، آندایزینگ، پلاریزاسیون غلظتی، خواص نوری- حرارتی، مقاومت خوردگی و مقاومت سایشی
  • سمیه جمشیدی، مهدی میرزایی* صفحات 32-45
    این مقاله به مقایسه کنترل وضعیت فضاپیما در حضور گشتاور اغتشاشی با استفاده از دو کنترل-کننده گام به عقب تطبیقی و گام به عقب مبتنی بر مشاهده گر حالت توسعه یافته می پردازد. در ابتدا کنترل کننده گام به عقب تطبیقی طراحی می شود که در آن پارامترهای نا معلوم در یک مدل اغتشاش مشخص با استفاده از یک قانون تطبیقی چنان تخمین زده می شود که سیستم حلقه بسته پایدار باشد. پس از آن کنترل گام به عقب مبتنی بر مشاهده گر حالت توسعه یافته طراحی می شود. در این روش ابتدا کنترل کننده گام به عقب استاندارد طراحی شده، سپس اغتشاشات با مدل کاملا نامعلوم توسط مشاهده گر حالت توسعه یافته تخمین زده می شود و با استفاده از قانون فیدبک پیشخور، رد اغتشاش صورت می گیرد. نتایج شبیه سازی برای دو مدل اغتشاش متفاوت نشان می دهد که کنترل-کننده گام به عقب مبتنی بر مشاهده گر حالت توسعه یافته در شرایطی که هیچ اطلاعاتی از اغتشاش در دسترس نیست نتایج بسیار خوبی نسبت به کنترل کننده گام به عقب تطبیقی نشان می دهد.
    کلیدواژگان: فضاپیما، رد اغتشاش، کنترل گام به عقب، مشاهده گر حالت توسعه یافته، کنترل تطبیقی
  • محمدحسین عشوری، سعید فاخته بلسی*، ایمان آریانیان صفحات 46-60
    در این مقاله راهکاری برای کاهش ارتفاع آنتن های دو قطبی مغناطیسی الکتریکی با استفاده از ساختار رسانای مغناطیسی مصنوعی به عنوان صفحه زمین آنتن ارایه شده است. در این کار دو آنتن مورد بررسی قرار گرفته است. آنتن اول با قطبش خطی و آنتن دوم با قطبش دایروی راستگرد می باشد. در آنتن با قطبش خطی یک آرایه 7 در 7 از سلول رسانای مغناطیسی مصنوعی (AMC) که در فرکانس 3.5 GHz طراحی شده است بر روی صفحه زمین آنتن قرار داده شده است. با جایگذاری رسانای مغناطیسی مصنوعی ارتفاع آنتن اول تا اندازه λ 0.16 کاهش یافته است. پهنای باند امپدانسی حاصل از شبیه سازی برای مقادیر |S11|<[-10dB] برابر با 1.9 GHz از فرکانس 2.3 GHz تا فرکانس 4.2 GHz ((58.46%و پهنای باند امپدانسی اندازه گیری شده برای نمونه ساخته شده برابر با 2.13 GHz از فرکانس 2.21 GHz تا فرکانس 4.34 GHz (65.03%) می باشند. آنتن دوم یک آنتن دو قطبی مغناطیسی الکتریکی با قطبش دایروی راستگرد است که با یک خط تغذیه به شکلY تغذیه می شود. با استفاده از یک آرایه 5 در5 از سلول رسانای مغناطیسی مصنوعی بر روی صفحه زمین آنتن، ارتفاع آن تا λ 0.13 کاهش یافته است. پهنای باند امپدانسی حاصل از شبیه سازی برای مقادیر |S11|<[-10dB] برابر با 1.24 GHz از فرکانس 2.46 GHz تا فرکانس 3.7 GHz (40.25%)و پهنای باند حاصل از اندازه گیری نمونه ساخته شده برابر با 1.3 GHz از فرکانس 2.38 GHz تا فرکانس 3.68 GHz (44.52%) می باشند.
    کلیدواژگان: آنتن دوقطبی مغناطیسی الکتریکی، هادی مصنوعی مغناطیسی، کاهش ارتفاع
  • محمدرضا محمدعلیها*، مسعود حکمت فر، میرسامان پیشوایی صفحات 61-88
    یکی از موضوعات اصلی در چیدمان تجهیزات در ماهواره های چند طبقه شامل قرار دادن تجهیزات در هر لایه به صورت جداگانه می باشد. در چیدمان تجهیزات در سطوح، محدودیت عدم همپوشانی همواره یک چالش بوده است، به ویژه برای قطعاتی که فاقد سطح مقطع دایره ای شکل هستند. این مقاله یک مدل برنامه نویسی انعطاف پذیر استوار (RFPM) جهت قرار دادن تجهیزات در لایه های مختلف و لحاظ عدم قطعیت برای جانمایی تجهیزات مکعبی را ارایه می دهد. مقایسه خروجی مدل پیشنهادی با مطالعات قبلی در این زمینه نشان می دهد که به طور قابل توجهی کارایی مدل جهت برآورده کردن محدودیت های عدم همپوشانی بین تجهیزات بالا رفته است. در نهایت انتظار می رود که این تحقیق بتواند خلاءهای موجود در این حوزه را پوشش داده و با رعایت محدودیت های دیگر مانند پایداری و محدودیت های حرارتی، ممان های اینرسی و مرکز ثقل به کاهش زمان طراحی در فاز مفهومی و مقدماتی و نهایتا کوچکتر شدن ابعاد کلی ماهواره که همواره یکی از اصلی ترین اهداف طراحان در این زمینه بوده کمک شایانی نماید.
    کلیدواژگان: چیدمان سه بعدی تجهیزات ماهواره، عدم قطعیت، مدل پیشنهادی برنامه ریزی استوار انعطاف پذیر، الگوریتم بهینه سازی
  • علی فروتن، علیرضا صفا* صفحات 89-100
    سیستم ژیروسکوپ، یک سیستم غیر خطی جذاب است که در صنایع مختلف نظامی، هوا و فضا، ناوبری و بسیاری دیگر از صنایع کاربرد دارد. با توجه به کاربرد های در طیف وسیعی صنایع از ژیروسکوپ، طراحی سیستم کنترل برای بهبود رفتار آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اکثر سیستم ها در دنیای واقعی، دارای دینامیک غیر خطی می باشند و جلوگیری از اثرات مخرب نویز و اغتشاش های خارجی غیرقابل پیش بینی اجتناب ناپذیر است. در این مقاله یک کنترل کننده مدل آزاد برای این سیستم پیشنهاد می شود. به عبارت دقیق تر، از کنترل کننده مد لغزشی به دلیل مقاوم بودن در مقابل نامعینی های دینامیک سیستم و اغتشاش های وارد بر سیستم، به طور گسترده در کنترل سیستم های غیر خطی استفاده می گردد. در این مقاله رفتار دینامیکی سیستم غیر خطی ژیروسکوپ مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفته و از کنترل کننده مد لغزشی مبتنی بر شبکه عصبی برای کنترل سیستم ژیروسکوپ استفاده می شود. پایداری سیستم غیر خطی ژیروسکوپ با استفاده از تیوری لیاپانوف اثبات می گردد. برای بررسی رفتار سیستم کنترلی پیشنهادی و مقایسه با سایر کنترل کننده ها، مدل غیر خطی ژیروسکوپ در سیمولینک متلب، شبیه سازی می شود و کارآمدی رهیافت کنترلی پیشنهادی در کنترل سیستم غیرخطی ژیروسکوپ مورد بررسی قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: سیستم غیر خطی ژیرسکوپ، کنترل کننده مد لغزشی، شبکه عصبی
  • میلاد کامزن*، مانا غنی فر، امیرعلی نیکخواه، جعفر روشنی یان، محمد تشنه لب صفحات 101-114
    در این مقاله، یک الگوریتم جدید حلقه-بسته به منظور تولید مسیر مطلوب زاویه ای برای یک ماهواره مفروض به جهت نیل به مقدار نهایی موردنظر ارایه گردیده است. الگوریتم مذکور بر پایه بهره گیری از توان یادگیری شبکه های عصبی مصنوعی و نیز قابلیت های کدکننده های خودکار، قادر است با در دست داشتن مقادیر نهایی مطلوب از مسیر و نیز مقادیر لحظه ای متغیرهای وضعیت سیستم، بهترین مسیر نیل به نقاط نهایی مذکور را با توجه به رفتار دینامیکی سیستم و نیز توان کنترلر از پیش تنظیم شده، تعیین نماید. این الگوریتم تولید مسیر هوشمند حلقه بسته، نه تنها می تواند در مقابله با اغتشاشات خارجی وارده به سیستم ضمن نشان دادن عملکرد تطبیقی پیشرفته و به صورت برخط، بهترین مسیر جایگزین را جهت نیل به هدف نهایی تولید کرده و سیستم را در کمترین زمان منطقی ممکن به مسیر اصلی بازگرداند، بلکه از سوی دیگر قادر است با عنایت به در بر داشتن خواص و توان کنترل کننده سیستم، از ایجاد فرامین کنترلی نامعقول از منظر دامنه تلاش و دیگر خواص نامطلوب کنترلی، جلوگیری بعمل آورد. نتایج حاصل از تشریح شبیه سازی های صورت پذیرفته در محیط نرم افزار MATLAB در حضور اغتشاشات خارجی پیش تعریف، دقت بالا و عملکرد موثر این الگوریتم هوشمند تولید مسیر زاویه ای را نمایش می دهد.
    کلیدواژگان: الگوریتم هوشمند حلقه بسته تولید مسیر زاویه ای، مانور وضعیت ماهواره، تولید مسیر هوشمند، کدکننده های خودکار، شبکه های عصبی مصنوعی
  • مسعود دهناد*، مرتضی فرهید، سمیرا میرمظهری انور صفحات 115-125
    در این مقاله، برای مانور ماهواره های مدار پایین زمین که در معرض کاهش اثرگذاری و عیب های جمع شونده عملگر و همچنین اغتشاشات طبیعی مانند درگ اتمسفر، گرانش زمین، تابش خورشیدی و جسم سوم هستند، از یک کنترل تحمل پذیر عیب مبتنی بر عملگر مجازی استفاده می شود. در رویکرد مورد استفاده، نیازی به واحدی مجزا جهت تشخیص، جداسازی و شناسایی خطا نیست. ویژگی اصلی این رویکرد، ارایه عملکردی یکسان برای سیستم نامی و سیستم معیوب است زیرا عیب های عملگر و اغتشاشات به دلیل قرار دادن یک عملگر مجازی بین پلنت معیوب و کنترل کننده نامی از کنترل کننده نامی پنهان می شوند.برای هدف مانور ماهواره، با استفاده از دینامیک مداری کپلر که تنها تحت گرانش زمین قرار دارد، پارامترهای مدار ثانویه مطلوب، محاسبه می شوند. علاوه بر این، از دینامیک مداری مبتنی بر شش عنصر مداری اصلاح شده استفاده شده است که از تکینگی جلوگیری می کند. سپس با استفاده از پارامترهای مدار مطلوب، عناصر مداری حرکت نسبی محاسبه و در قوانین کنترل به کار می روند. برای نشان دادن اثربخشی روش کنترل، سناریویی از مانور ماهواره با دینامیک مداری کپلر که تحت تاثیر اغتشاشات طبیعی و عیب های عملگر است، به مدت 42 روز شبیه سازی می شود. این ماهواره دارای سطح مقطع موثر m2 0.56 است و از روز 32ام عیب در عملگر آن رخ می دهد. نتایج، عملکرد بالاتر روش پیشنهادی را در مقایسه با کنترل کننده های سنتی مانند LQR نشان می دهد.
    کلیدواژگان: مانور مداری ماهواره، عیب عملگرها، اغتشاشات طبیعی، کنترل تحمل پذیر عیب، پنهان کردن خطا، عملگر مجازی
  • حسین قدیری*، رضا اسماعیل زاده، رضا زردشتی صفحات 126-139
    عموما روش های مشخص کردن جهت گیری ماهواره با عناوین تعیین وضعیت و تخمین وضعیت شناخته می شوند. حل مسیله تعیین وضعیت ماهواره منجر به حل مسیله وهبا می گردد. به منظور به کارگیری مسیله وهبا نیاز به حداقل دو بردار اندازه گیری مستقل در دستگاه سنسور و بردارهای متناظر در دستگاه مرجع است. با وجود اینکه اندازه گیری سنسورها، به دلیل وجود نویز و ناهمراستایی، دارای عدم قطعیت است و بردارهای مرجع نیز تقریبی از این اندازه گیری ها هستند، لیکن، این عدم قطعیت ها در مسیله وهبا در نظر گرفته نشده اند. به طوری که دقت تخمین این روش ها به دقت بردارهای ورودی وابسته است. به منظور رفع این کاستی، فرض شده است تمامی نامعینی ها کراندار هستند و تمامی خطاها با حساب بازه ای مدل شده است. سپس، مسیله تعیین وضعیت از یک مسیله تک هدفه به یک مسیله بهینه یابی مقاوم چندهدفه با دو تابع هدف و قیود غیرخطی تبدیل می-شود. از آنجا که حل مسیله چندهدفه با حلگرهای اکتشافی نظیر NSGA II، زمانبر است، تابع چندهدفه حاصل با استفاده از الگوریتم بهینه یابی کمینه بیشینه حل گردید. در این حالت، خطای تعیین وضعیت با روش پیشنهادی نسبت به روش کواترنیون، (7 برابر) کاهش یافته است، و از وابستگی آن به دقت بردارهای ورودی (حدود 200 برابر) کاسته یافته است. در واقع ضمن کاهش میانگین خطا، قوام الگوریتم نسبت به عدم قطعیت های موجود در بردارهای ورودی افزایش یافته است. استفاده از الگوریتم کمینه بیشینه، زمان اجرای الگوریتم را نسبت به الگوریتم NSGA II حدود 600 برابر کاهش داده است و مناسب جهت کاربردهای به هنگام است. عملکرد روش پیشنهادی برای حرکت در مدار یک ماهواره، مورد بررسی قرار گرفته است. براساس نتایج، روش پیشنهادی دارای کران های کوچکتری نسبت به روش کواترنیون است، به طوری که میانگین مربعات خطا (RMS) بیش از 50% کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: حساب بازه ای، ماهواره، تعیین وضعیت، تخمین مقاوم، بهینه سازی چندهدفه، مسئله وهبا
  • محمدرضا محمدعلیها*، سعید احمدپور کاسگری صفحات 140-153
    با توجه به استفاده ی روز افزون از کامپوزیت های پلیمری فلزی در سازه های هوایی، فضایی و صرفه ی اقتصادی آن ، با تعیین پارامترهای مناسب می توان به اتصال به صرفه و با کیفیت تر دست یافت. هدف از این مقاله، محاسبه ی پارامترهای بهینه فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSW) برای اتصال مناسب آلومینیوم به پلیمر است. برای FSW ورق پلی کربنات و ورق آلیاژ آلومینیوم به عنوان مواد پرکاربرد در صنعت هوافضا استفاده شد. ابتدا بدون ماده اضافی(سنتی)، سپس برای دو نمونه لایه ای از چسب اپوکسی بین دو ورق قرار گرفت و سپس FSW شدند که روی نمونه دوم، FSW ترمیمی با سر همزن شانه ای 10 میلیمتری انجام شد. نتایج نشان داد، بهینه ترین حالت سرعت اسپیندل r/min 1400 و سرعت جوشکاری mm/min 50 و جوشکاری ترمیمی برروی نمونه چسب اپوکسی بود. در FSW سنتی عیوبی وجود داشت. FSW با چسب، عیوب کمتری مشاهده شد، جوشکاری ترمیمی اثر قوی بر روی اتصال FSW داشته و تمیزی ظاهر ماکروسکوپی سطح جوش را بهبود بخشید. در آزمون کشش مشخص شد، استحکام کششی جوش ترمیمی بیشتر از اتصال جوش داده شده به دو روش سنتی و با چسب است. از نتایج میکروسکوپی می توان دریافت که در FSW به دو روش سنتی و با چسب سوراخ های بیشتری وجود دارد و در حین جوشکاری ترمیمی عیوب بتدریج کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی، روش تاگوچی، کامپوزیت، آلومینیم، پلی کربنات
  • حامد شیخ بهائی*، فرخنده سلیمی نژاد، سید علیرضا قرشی، سعید حاجی علی گل صفحات 154-167
    طیف سنجی تحرک یونی به عنوان یکی از روش های آشکارسازی بر اساس یونیزاسیون مواد معدنی، آلی و شیمیایی در ماموریت های سرنشین دار و رباتیک فضایی، سال ها به طور کارآمدی مورد استفاده قرار گرفته است. کاربردهای فضایی این ابزارها، شامل پایش محیطی فضاپیماها و همچنین شناسایی مواد آلی و معدنی در نمونه های گردآوری شده از کیهان می باشد. در این بین، جهت پاک سازی و انتقال یون ها در ناحیه رانش سلول آشکارساز، نیاز به گرمایش وجود دارد. با توجه به نیاز به کوچک سازی و بهینه سازی توان مورد نیاز آشکارسازهای فضایی، بررسی تجربی گرادیان حرارتی و عوامل موثر بر آن بسیار اهمیت دارد. جهت انجام بررسی تجربی حرارتی سلول، برنامه و تجهیزات ثبت دما همچون سامانه کنترل دما، ثبت کننده اطلاعات، حسگرهای ترموکوپل، نمایشگر، حسگر دمای مقاومتی و همچنین اجزای اصلی سیستم آشکارساز شامل واجذب کننده و میکروپمپ ها استفاده شده است. در این پژوهش، با بررسی تجربی زمان گرمایش و گرادیان حرارتی موجود در سلول طیف سنج تحرک یونی در حالت های مختلف و چندین دمای هدف، عوامل موثر بر آن شناسایی گردید. نتایج نشان داد، ایجاد جریان نوسانی هوا درون سلول می تواند موجب کاهش گرادیان دمایی و زمان رسیدن به پایداری حرارتی گردد. در نهایت، راهکارهایی جهت بهینه سازی حرارتی ارایه شده است.
    کلیدواژگان: طیف سنجی تحرک یونی، بررسی تجربی، گرادیان دمایی، زمان گرمایش، واجذب کننده، عایق حرارتی
|
  • Farhad Bagheroskouei Pages 1-12
    Reliability assessment of power converters is extremely important due to the degradation of the converter performance under the thermal and electrical stresses. The space environment is one of the stressful environments for electronic components and equipment due to the range and high speed of temperature changes.The normal or abnormal operation of a converter depends on the quality of the manufacturing process and the environmental and operating conditions. The failure indices usually are obtained based on the previous failures data which are calculated using the history of the main parameter of the converter. These indices are strongly influenced by the aging process. In this article, a new real-time indicator is introduced using the monitoring of the main parameters of the converter. The indicators are calculated using Replicator Neural Network (RNN). In fact, these indicators are obtained based on a comparison between a reference model of the converter in normal conditions and the estimation of abnormal operation of the converter in the future. In the proposed method, a normal distribution function is used to find the limits of error signals. The proposed method has several advantages such as considering all the uncertainties during the process of manufacturing the device, no need for the aging test data, and including all the failure types. In the Electrical power subsystem of a spacecraft, the reliability of power converters can be assessed based on the obtained data from the qualification models, benefiting the proposed method.
    Keywords: Remaining useful lifetime estimation, Semiconductor devices, Neural Network Failure diagnostic
  • Zahra Amirsardari *, Babak Afzali, MohammadReza Amirsoleimani Pages 13-21

    To discuss the potential role of iridium (Ir) nanoparticles loaded under atmospheric conditions, we prepared a series of catalysts with the same active phase but different contents of 10wt%, 15wt%, and 20wt% on gamma-alumina for decomposition of hydrazine. The performance of the catalysts was better with 15wt% and 20wt% of the Ir nanoparticles, and also the selectivity to hydrogen was about 27%. An increase in the reaction rate from 181 h-1 to 218 h−1 was observed in the loading of 15% by weight of iridium particles due to the good dispersion of the active phases by preventing surface agglomeration. As a satisfactory result of this investigation, Ir catalysts with different weight percentage (15wt% and 20wt%) showed the same activity and selectivity, and are suitable substitutes for each other. Using a catalyst with a lower weight percentage of the active phase and high activity is economically acceptable due to its low cost.

    Keywords: Iridium Nanoparticles, Catalyst, Weight percentages, Catalyst Activity
  • Mojtaba Forghani *, Maedeh Sadat Zoei, MohammadReza Pakmanesh, Mohammad Chiani, Saeed Asghari Pages 22-31

    The sandwich panel is an important element of the satellite structure which various metal and composite materials are used to make its faces. Anodizing is used as a conversion coating in order to achieve the final properties of the panel surface and stability in the space environment. Anodizing is an electrochemical process in which an oxide layer is formed using electricity. During the anodizing process, concentration polarization is created and the process is stopped when the limiting current resulting from the movement of electrical charges between the surface of the anodic layer and the electrolyte is increased. By stopping the process without spending enough time to obtain a thickness sufficient for colorability, a black anodic layer for use in space coatings is not obtained. In this research, by performing the anodizing process in four container of 250, 500, 2000 and 40000 cm3, the effect of the volume of the electrolyte on the wear and corrosion and optical-thermal properties of the layer obtained in each of the processes was investigated. The results showed that with the increase in the volume of the electrolyte caused by the increase in the volume of the container, the stopping time of the process increases. The evaluation of optical-thermal properties, wear resistance and corrosion resistance was done by infrared emission coefficient and solar absorption test, pin on disk test and salt spray test, respectively. The results of measuring optical-thermal and wear and corrosion properties for three container with volume of 500, 2000 and 40000 cm3 showed that with the increase in the volume of electrolyte and the process completion time of the process, the thickness of the anodic layer increased, which improved the optical-thermal properties, corrosion and wear resistance.

    Keywords: Conversion coating, Anodizing, Concentration polarization, Optical-thermal properties, Corrosion Resistance, Wear resistance
  • Somayeh Jamshidi, Mehdi Mirzaei * Pages 32-45
    This paper compares spacecraft attitude control in the presence of disturbance torque using an adaptive backstepping controller and an extended state observer-based backstepping controller. Firstly, the adaptive backstepping controller is designed, in which the unknown parameters in a specific disturbance model are estimated using an adaptive law so that the closed-loop system is stable. Afterward, the backstepping control based on the extended state observer is designed. In this approach, the standard backstepping controller is initially designed, and then disturbances with a completely unknown model are estimated by the extended state observer, and the disturbance is rejected by applying the feed-forward law. The simulation results for two different disturbance models show that the backstepping controller based on the extended state observer demonstrates very good results compared to the adaptive backstepping controller when no disturbance information is available. This is for the reason that the extended state observer estimates the uncertainties more accurately.
    Keywords: Spacecraft, Disturbance Rejection, backstepping controller, Extended state observer, Adaptive control
  • Mohammadhossein Ashouri, Saeed Fakhte *, IMAN ARYANIAN Pages 46-60
    This article presents a solution for reducing the height of magneto-electric dipole antennas by using an artificial magnetic conductor structure as the antenna's ground plane. Two types of antennas were investigated: a linearly polarized antenna and a right-handed circularly polarized antenna. For the linearly polarized antenna, a 7 x 7 array of artificial magnetic conductor cells (AMCs) was designed at 3.5 GHz and placed on the antenna's ground plane. By adding artificial magnetic conductors, the height of the first antenna was reduced to 0.16 λ. The simulation results show that the impedance bandwidth for values of |S11|<[-10dB] is 1.9 GHz from 2.3 GHz to 4.2 GHz (58.46%), while the measured impedance bandwidth of fabricated prototype is 2.13 GHz from 2.21 GHz to 4.34 GHz (65.03%). The second antenna, which is a right-handed circularly polarized magneto-electric dipole antenna fed by a Y-shaped feed line, has also been improved using an artificial magnetic conductor structure on its ground plane. A 5 x 5 array of AMC cells is used to reduce the height of the antenna to 0.13 λ. The simulation results show an impedance bandwidth of 1.24 GHz from 2.46 GHz to 3.7 GHz (40.25%), while the fabricated prototype has an impedance bandwidth of 1.3 GHz from 2.38 GHz to 3.68 GHz (44.52%).
    Keywords: magneto-electric dipole antenna, artificial magnetic conductor, height reduction
  • Masoud Hekmatfar, Mirsaman Pishvaee Pages 61-88
    One of the main issues in the arrangement of equipment in multi-layered satellites includes placing the equipment in each layer separately. In the arrangement of equipment on surfaces, the non-overlap constraint has always been a challenge, especially for parts that do not have a circular cross-section. This paper presents a robust flexible programming model (RFPM) for placing equipment in different layers and considering uncertainty for placement of cubic equipment. Comparing the output of the proposed model with previous studies in this field shows that the efficiency of the model has increased significantly to meet the limitations of non-overlapping between equipment. Eventually, it is expected that this research can cover the existing gaps in this field and by observing other limitations such as stability and thermal limitations, moments of inertia and center of gravity, it will reduce the design time in the conceptual and preliminary phase and ultimately reduce the overall dimensions of the satellite, which has always been one of the main goals of designers.
    Keywords: 3D Layout of satellite components, equipment, Uncertainty, Proposed Robust Flexible Programming Model (RFPM), Optimization algorithm
  • Ali Foroutan, Alireza Safa * Pages 89-100
    The gyroscope system is an attractive nonlinear system that is used in various industries such as the military, aerospace, navigation, etc. Considering the importance and applications of the non-linear system of the gyroscope, the design of the control system for the operation of the gyroscope system is indispensable. Most systems in the real world have nonlinear dynamics, and it is inevitable to avoid the destructive effects of noise and unpredictable external disturbances. Nonlinear uncertainties in gyroscope dynamics, noise, and unpredictable external disturbances are major challenges in controller design. The model-free control is developed for this system. Particularly, the sliding mode controller is widely used in the control of non-linear systems due to its robustness to system dynamic uncertainties and system disturbances. In this paper, the dynamic behavior of the nonlinear gyroscope system is analyzed then a sliding mode controller based on the neural network is used to control the gyroscope system. The stability of the nonlinear gyroscope system is proved using Lyapunov's theory. The nonlinear model of the gyroscope is simulated in Simulink MATLAB to investigate the behavior of the proposed control method and compare it with other controller's methods, so the efficiency of the proposed control method in the control of the nonlinear gyroscope system is investigated
    Keywords: Nonlinear Gyroscope System, Sliding mode control, Neural Network
  • Milad Kamzan *, Mana Ghanifar, Amirali Nikkhah, Jafar Roshanian, Mohammad Teshnehlab Pages 101-114
    In this article, a new closed-loop algorithm is presented to generate an optimal angular trajectory for a given satellite to reach the desired final point. Using the capabilities of artificial neural networks, this algorithm can find the best trajectory to reach the final setpoints based on the dynamic behavior of the system and the preset controller capability by using the desired final values of the trajectory and the values of the system state variables at each simulation time. In the presence of external disturbances, this closed-loop intelligent trajectory generation algorithm shows advanced adaptive performance, which allows it to develop the best alternative trajectory to achieve the final setpoint and return the system to the main trajectory. Despite the fact that this algorithm is able to restore the main trajectory, it is also capable of preventing unreasonable control efforts by considering the control properties of the system. This intelligent algorithm of angular path generation shows high accuracy and effective performance after simulations are performed in the MATLAB software environment with predefined external disturbances.
    Keywords: Intelligent closed-loop angular trajectory generation algorithm, satellite attitude maneuver, Intelligent trajectory generation, autoencoders, Artificial Neural Networks
  • Masoud Dehnad *, Morteza Farhid, Samira Mazhari Anvar Pages 115-125
    In this article, a fault tolerant control based on a virtual actuator is used for the maneuvering of low earth orbit satellites that are subject to the loss of the effectiveness and additive actuator faults as well as natural disturbances such as atmospheric drag, earth's gravity, solar radiation and third body. In the approach used, there is no need for a separate unit to detect, isolate and identify the error. The main feature of this approach is to provide the same performance for the nominal system and the faulty system since the actuator faults and disturbances are hide from the nominal controller due to placing a virtual actuator between the faulty plant and the nominal controller.For the purpose of satellite maneuvering, using Kepler's orbital dynamics, which is affected only by the Earth's gravity, the desired second orbit parameters are calculated. In addition, orbital dynamics based on six modified orbital elements have been used, which avoids singularities. Then, using the desired orbit parameters, the relative motion elements are calculated and used in the control laws. To demonstrate the effectiveness of the control method, a maneuvering scenario of a satellite with Kepler's orbital dynamics that affected by natural disturbances and the actuator faults, is simulated for 42 days. The satellite has an effective cross-sectional area of 0.56 m2, and an actuator fault is occurred since the 32nd day. The results show higher performances the proposed method compared with conventional controllers like LQR.
    Keywords: Satellite orbital maneuvering, Actuators fault, Natural disturbances, Fault Tolerant Control, Fault hiding, Virtual actuator
  • Hossein Ghadiri *, Reza Esmaelzadeh, Reza Zardashti Pages 126-139
    Generally, the determination methods of the satellite orientation are known as attitude determination and attitude estimation. The attitude determination solution of the satellite leads to the Wahba problem. Therefore, at least two independent measurement vectors and two corresponding reference vectors are needed to apply the Wahba problem. These input vectors aren't accurate due to sensor noises, misalignment, and low-order approximations. However, these uncertainties aren't considered in the classic Wahba problem directly. In this case, the estimation error of the Wahba problem depends on the input vectors' accuracy. Hence, modeling error and measurement noise are modeled using Interval analysis. Then, the attitude determination problem is transformed from a single-objective problem to a multi-objective robust optimization problem. Since solving the multi-objective problem with heuristic solvers such as NSGA II is time-consuming, the multi-objective problem was solved using the min-max optimization algorithm. The attitude determination error with the proposed method is reduced (7 times) compared to the quaternion method, and its dependence on the accuracy of the input vectors is reduced (200 times). In fact, while reducing the mean attitude error, the algorithm robustness has increased compared to the uncertainties in the input vectors. Using the min-max algorithm has reduced the execution time of the algorithm (about 600 times) compared to the NSGA II algorithm and is suitable for real-time applications. Based on the results, the proposed method has narrower bounds, so that the mean square error (RMS) is decreased by more than 50% over the q-method.
    Keywords: Interval arithmetic, satellite, Attitude determination, robust estimation, Multi-Objective Optimization, The Wahba problem
  • Saeed Ahmadpour Kasgari Pages 140-153
    Paying attention to the increasing use of metal-polymer composites in aerial and space structures and their economic efficiency, it is possible to achieve a more economical and high-quality connection by determining the appropriate parameters. The purpose of this article is to calculate the optimal parameters for the friction stir welding (FSW) process to properly join aluminum to polymer. Polycarbonate sheets and aluminum alloy sheets, widely used materials in the aerospace industry, were employed for FSW. Initially, a traditional FSW was conducted without additional material. Subsequently, for two samples, a layer of epoxy glue was placed between the two sheets, followed by FSW. On the second sample, a restorative FSW was performed with a 10 mm comb stirrer head. The results indicated that the most optimal condition was a spindle speed of 1400 r/min and a welding speed of 50 mm/min, particularly for the sample with epoxy glue and repair welding. Traditional FSW showed flaws, while FSW with adhesive displayed fewer defects. Repair welding significantly influenced the FSW joint, enhancing the cleanliness of the macroscopic appearance of the weld surface. In the tensile test, it was observed that the tensile strength of the repair weld exceeded that of the joint welded by two traditional methods and with glue. Microscopic results revealed more holes in FSW with two traditional methods and with glue, gradually reducing defects during repair welding.
    Keywords: Friction Stir Welding, Taguchi method, Composite, Aluminum, polycarbonate, epoxy glue
  • Hamed Sheikhbahaee *, Farkhondeh Saliminezhad, Seyed Alireza Ghorashi, Saeed Hajialigol Pages 154-167
    Ion mobility spectroscopy (IMS), as one of the detection methods based on the ionization of mineral, organic, and chemical substances, has been used efficiently for many years in manned and robotic space missions. The space applications of these instruments include environmental monitoring of spacecraft and identification of organic and mineral substances in samples collected from space. In this method, warm-up is required for the cleanup and transport of ions in the drift area of the detector cell. Considering the need to miniaturize and optimize the necessary power of space detectors, the experimental investigation of the thermal gradient and factors affecting warm-up time is essential. For conducting the experimental thermal analysis of the IMS cell, micropumps, desorber, and temperature recording equipment such as a temperature control system, data logger, thermocouple sensors, monitoring system, and resistance temperature detector have been used. In this research, by experimentally investigating the warm-up time and thermal gradient in the IMS cell in different modes and several target temperatures, the main factors have been determined. The results showed that the oscillating air flow inside the IMS cell can reduce the warm-up time and the temperature gradient. Finally, several suggestions for better thermal efficiency are presented.
    Keywords: Ion mobility spectrometry, Experimental Investigation, Temperature gradient, Warm-up time, Desorber, Thermal insulation