فهرست مطالب
نشریه علوم، فناوری و کاربردهای فضایی
سال چهارم شماره 1 (پیاپی 7، بهار و تابستان 1403)
- تاریخ انتشار: 1403/06/01
- تعداد عناوین: 12
-
-
صفحات 1-9در این مقاله به سنتز پترن تشعشعی دوبعدی چند بیم در آرایه آنتن صفحه ای مدوله زمان می پردازیم. با هدف کاهش زمان محاسبات عددی سنتز چند بیم و حذف رویکردهای سنتی و بهینه سازی که عمدتا پیچیدگی زیادی داشته و زمان بر بوده اند، رویکرد شبکه عصبی کانولوشنال مورد بررسی قرار گرفته شده است. در این مقاله، شکل دهی هم زمان چند بیم به صورت دلخواه در آرایه آنتن مدوله زمان برای اولین بار ارائه شده است. ابتدا با استفاده از نحوه سویچینگ عناصر و مدولاسیون زمانی آن ها مبتنی بر توزیع چبی شف، برای تحقق چند بیم از قبیل بیم اصلی و هارمونیک اول و دوم با سطح گلبرگ فرعی پایین و در زاویه های فضایی مختلف، داده های تصادفی گوناگونی را ایجاد می نماییم. سپس با استفاده از این داده ها، پترن ها و مدولاسیون نظیر آن ها تولید شده است. پس از آن یک مدل شبکه عصبی کانولوشنال جهت یادگیری رابطه بین پترن های بیم اصلی و دو هارمونیک اول با مدولاسیون زمان هر عناصر ارائه می شود. شبکه عصبی ارائه شده می تواند با میانگین توان دوم خطای حدود 0.03، رابطه بین پارامترهای مدولاسیون زمان عناصر آرایه آنتن با پترن های بیم اصلی و هارمونیک اول و دوم را یاد بگیرد. در راستای ارزیابی این مدل، یک نمونه تصادفی از داده ها انتخاب شده و مشخصات پترن آن به ورودی شبکه داده شود. خروجی شبکه، توالی مدولاسیون زمان هر عنصر را تخمین می زند. سپس مشخصات پترن به دست آمده از مقادیر تخمین زده شده مدولاسیون زمانی عناصر با پترن های اصلی مقایسه می شود. نتایج نشان می دهد که مشخصات پترن به دست آمده از مقادیر تخمین زده شده به خوبی با مشخصات پترن اصلی مطابقت دارند. این روش قابلیت خوبی برای کنترل دلخواه چند بیم برای کاربردهایی که نیاز به ایجاد چندین ارتباط دارند فراهم می نماید.کلیدواژگان: شکل دهی پرتو، آرایه آنتن، مدوله شده زمانی، شبکه های عصبی کانولوشن
-
صفحات 10-23طراحی سازه های فضایی باید با دقت انجام شود، زیرا که کوچکترین اهمالی در طراحی و ساخت فضاپیما باعث خسارت های مالی سنگینی می شود. بوردهای الکترونیکی به عنوان یکی از مهم ترین اجزای سیستم های الکترونیکی در هر عملیات، باید به گونه ای طراحی و ساخته شوند که تحت بارهای وارده بتوانند همچنان به عملکرد خود ادامه دهند. سطوح قوی ارتعاشات تصادفی که تجهیزات فضایی در معرض آن قرار می گیرند، می تواند سبب خسارت در بوردهای الکترونیکی و شکست شود. میدان ارتعاشات تصادفی که بر روی بورد الکترونیک اعمال می شود را می توان با بارگذاری مود ترکیبی I/II مدل کرد. واماندگی و شکست جعبه های الکترونیکی اغلب به علت ترک خوردگی در اتصال بین بورد الکترونیکی و لحیم تحت بارگذاری مود ترکیبی I/II رخ می دهد. در این تحقیق معیار شکست جدیدی برمبنای حداکثر تنش مماسی برای پیش بینی شکست در ترک سطحی بین بورد الکترونیکی و لحیم ارائه می شود. بر مبنای این معیار جهت و لحظه شروع رشد ترک برای ترک سطحی بین دو ماده ایزوتروپیک و اورتوتروپیک پیش بینی می شود. به این ترتیب، منحنی حد شکست را می توان ترسیم کرد. با مقایسه معیار ارائه شده با داده های تجربی موجود در مراجع می توان دریافت که معیار ارائه شده اعتبار کافی برای ارزیابی پیش بینی شکست در ترک های سطحی بین دو ماده ایزوتروپیک و اورتوتروپیک را داراست.کلیدواژگان: بورد الکترونیک، اتصالات لحیم، ارتعاشات تصادفی، شکست، ترک سطحی
-
صفحات 24-38در این مقاله، کنترل تطبیقی تحمل پذیر عیب مبتنی بر مد لغزشی نهایی سریع اصلاح شده برای ردیابی وضعیت ماهواره با عملگرهای گشتاوردهنده مغناطیسی و یک چرخ عکس العملی توسعه یافته است. روش مد لغزشی پیشنهادی به گونه ای طراحی شده است که در برابر عیب عملگرها، اغتشاشات و نامعینی های سیستم مقاوم بوده و عملکرد قابل قبول سیستم را حفظ نماید. قانون تطبیقی نیز با هدف تخمین حد بالای عبارت های نامعینی، افزایش دقت ردیابی و بهبود عملکرد سیستم طراحی شده است. این پارامتر، به همراه ضریبی از متغیر سطح لغزش در بخش رساننده قانون کنترل و به منظور حذف چترینگ استفاده شده است. پایداری و همگرایی زمان محدود متغیرهای وضعیت ماهواره با استفاده از روش لیاپانوف توسعه یافته به اثبات رسیده است. به منظور افزایش دقت ردیابی و برای جبران گشتاور مورد نیاز، یک چرخ عکس العملی به عنوان افزونگی درنظر گرفته شده است. برای افزایش دقت روش کنترلی نیز مدل دینامیکی این عملگر و محدودیت های کلیه عملگرها مورد توجه قرار گرفته است. همچنین، عملکرد روش پیشنهادی با استفاده از شبیه سازی و تحت شرایط مذکور بررسی و نتایج آن با روش مشابهی مقایسه شده است. نتایج بیانگر همگرایی زمان محدود متغیرهای وضعیت، افزایش دقت ردیابی، هموار شدن تغییرات وضعیت ماهواره و تولید سیگنال کنترلی بدون چترینگ است.کلیدواژگان: کنترل وضعیت ماهواره، کنترل مد لغزشی، همگرایی زمان محدود، گشتاوردهنده مغناطیسی، عیب عملگرها
-
صفحات 39-51طراحی چیدمان اجزای ماهواره یک روش کلیدی برای بهبود عملکرد کل ماهواره است؛ به طوریکه طراحی جانمایی مناسب ویژگی رایجی در اکثر ماهواره های موفق بوده است. در این پژوهش، به طراحی پیکربندی و جانمایی یک ماهواره سنجشی نمونه پرداخته خواهد شد. این جانمایی براساس الزاماتی انجام می شود که توسط سایر زیرسیستم ها به زیرسیستم سازه داده شده است. وجه تمایز جانمایی این ماهواره با ماهواره های دیگر در این است که در این ماهواره اجزا و المان ها به جای چیدمان طبقه ای، بر روی سازه اصلی ماهواره که شامل صفحات هانی کامبی (هسته لانه زنبوری و پوسته ای با جنس آلومینیوم) است، قرار می گیرند. بدین منظور، در مرحله اول سازه ماهواره به همراه تمامی المان های زیرسیستم های مختلف در نرم افزار سالیدورکس مدل سازی خواهند شد. در ادامه با توجه به الزامات دریافتی از سایر زیرسیستم ها، جانمایی المان ها انجام خواهد شد. سپس، نتایج مرکز جرم و ممان های اینرسی در دو حالت باز و بسته بودن پنل های خورشیدی، استخراج می شود. نتایج بدست آمده نشان داد ممان های اینرسی ضربدری نسبت به ممان های حول محورهای مختصات ناچیز (نزدیک به صفر) هستند؛ بنابراین می توان بیان کرد که محور های مختصات در نظر گرفته شده، منطبق بر محور های اصلی ماهواره هستند که این گواهی بر یک جانمایی مناسب است.کلیدواژگان: سازه، جانمایی، طراحی پیکربندی، ماهواره سنجشی، زیرسیستم های ماهواره
-
صفحات 52-63در این تحقیق به بررسی عوامل ساخت افزایشی با روش ذوب لیزر انتخابی با جنس فولاد ماریجینگ گرید 300 با استفاده از روش تاگوچی پرداخته شد. جهت بررسی اثر عواملی موثر فرآیندی و دست-یابی به سطوح بهینه هر عامل، به کمک نرم افزار تحلیل داده مینی تب آزمایش هایی طراحی شد. در این تحقیق برای ساخت نمونه های کشش عوامل سرعت اسکن، فاصله هاشور، ضخامت لایه و استراتژی اسکن مورد بررسی قرار گرفت. برای مشخصه یابی نتایج در بخش خواص مکانیکی از استحکام نهایی کشش و در بخش خواص ریزساختاری شامل تخلخل و ریزساختار از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترون روبشی استفاده شد. نتایج مشخص کرد که در تحلیل اثر عواملی فرآیندی، سطوح سرعت اسکن 100 میلیمتر بر ثانیه، ضخامت لایه 20 میکرون، فاصله هاشور 15/0 میلیمتر، استراتژی اسکن Stripe عوامل بهینه سطوح در جهت ساخت XY بود. در نتایج خروجی استحکام نهایی کشش 951 مگاپاسکال، تخلخل 4/0% و به عبارتی چگالی نسبی 6/99% بدست آمد.کلیدواژگان: ذوب لیزری انتخابی، فولاد ماریجینگ، ساخت افزایشی، روش تاگوچی
-
صفحات 64-77
در در فاز اولیه طراحی ماموریت های فضایی، انتخاب دقیق مسیر فضاپیما از اهمیت بالاتری برخوردار است. در این تحقیق، دینامیک انتقال مداری تراست پایین دایروی صفحه ای بر اساس معادلات دیفرانسیل اعتدالی به عنوان محیط پیوسته برای متغیرهای مسئله که شش عنصر مداری اعتدالی یک فضاپیما هستند، شبیه سازی می شود. بردار رانش به عنوان فضای عمل تعریف شده و تحت یک سیاست انتخاب و به محیط اعمال می شود. عامل توسط الگوریتم یادگیری تقویتی شبکه بازیگر-منتقد برای انجام انتقال مداری تراست پایین از مدار لئو به مدار ژئو آموزش داده می شود. مسیر فضاپیما توسط الگوریتم مطابق با شرایط اولیه و قیود ماموریت جستجو می شود و در نهایت پروفیل زاویه تراست مطلوب و تغییرات عناصر مداری مرتبط برای یک حالت مانور انتقال مداری به دست خواهند آمد. برای بررسی دقت و اعتبار الگوریتم در نتایج حالت اول مانور مداری، حالت دوم با اندازه تراست متفاوت پیاده سازی می شود. همچنین تاثیر تغییر فراپارمتر ضریب تنزل الگوریتم بر روند یادگیری نیز بررسی می شود. در نهایت با در نظر گرفتن نتایج، عامل آموزش دیده در محیط دینامیک مسئله می تواند ماموریت های مشابه را بدون نیاز به شبیه سازی مجدد دینامیک مسئله و پارامترهای آن و فقط با تعیین شرایط اولیه و نهایی، با موفقیت به انجام برساند.
کلیدواژگان: تراست پایین، عناصر مداری اعتدالی، یادگیری تقویتی، عامل، شبکه بازیگر منتقد -
صفحات 78-91
در این مقاله به طراحی بهینه یک پرنده به کمک طراحی سرعت لازمه پرداخته شده است. در این روش طراحی اطلاعات ورودی شامل نوع ترکیب سوخت، جرم بار مفید و حداکثر برد پروازی می باشد و هدف از طراحی، تعیین جرم اولیه و ابعاد اصلی پرنده است. در ابتدای طراحی پیکره بندی پرنده انتخاب می شود و سپس با مشخص شدن ترکیب سوخت، مشخصات اصلی سوخت به عنوان ورودی های اصلی طراحی در گام اول تعیین می شود. با طی شدن مراحل طراحی در انتها و با انجام محاسبات وزنی و هندسی، جرم اولیه پرنده، جرم اولیه مراحل، میزان سوخت و اکسیدایزر طبقات و میزان تراست موتور طبقات مشخص می گردد. سپس برای اطمینان از روش طراحی مد نظر از اجسام پرنده مشابه از نظر نوع سوخت، تعداد طبقات و همچنین طول برد نهایی جهت صحه گذاری استفاده گردیده است. پس از انجام طراحی کلاسیک، بهینه کردن تابع جرم مد نظر قرار گرفته است، جهت بهینه سازی، پارامترهای λ_νi (تراست نسبی اولیه مراحل) ، P_ci (فشار محفظه داخلی موتور طبقات) و P_ei (فشار خروجی نازل موتور طبقات) را با سه روش GA (الگوریتم تکاملی ژنتیک)، ABC (الگوریتم تکاملی کلونی زنبور عسل) و CA (الگوریتم تکاملی فرهنگی) بهینه کرده و نتایج با یکدیگر مقایسه گردیده است. پس از بررسی نتایج، مشخص می شود که کمینه ترین جرم (تابع هدف) و بهینه ترین مقدار مربوط به روش بهینه سازی فرهنگی (CA) می باشد، که با رساندن جسم پرنده به برد نهایی مد نظر، جرم برخاست را کاهش داده است.
کلیدواژگان: طراحی سرعت لازمه، طراحی بهینه، الگوریتم های فراابتکاری، بهینه سازی تابع جرم -
صفحات 92-104یکی از پارامترهای مهم در عملکرد راه اندازی دیفیوزر شبیه ساز ارتفاع بالا، نسبت سطح مقطع ورودی دیفیوزر به سطح مقطع خروجی نازل است. افزایش این نسبت سطح باعث افزایش طول انبساط جریان مافوق صوت و بروز ناپایداری در فرایند راه اندازی دیفیوزر می شود. در پژوهش حاضر، اثر نسبت سطح مقطع ورودی دیفیوزر به سطح مقطع خروجی نازل مخروطی، بر عملکرد راه اندازی تدریجی یک دیفیوزر گلوگاه ثانویه به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در این بررسی، آزمایش ها با چهار نازل با نسبت انبساط مختلف و با در نظر گرفتن رویکرد افزایش تدریجی فشار محفظه نازل توسط یک منبع هوای پرفشار، انجام شده است. بررسی ها نشان می دهد که در نسبت های سطح مقطع بالا قبل از راه اندازی دیفیوزر، به دلیل ناپایدار شدن جریان در ورودی دیفیوزر نوسانات شدیدی در فشار محفظه آزمون ایجاد می شود. با تحلیل فرکانسی فشار محفظه خلاء مشاهده می شود که با افزایش نسبت سطح مقطع، تعداد مود های نوسانی فشار محفظه خلاء افزایش یافته و فرکانس غالب نوسانات قبل از حالت راه اندازی دیفیوزر بزرگ تر می شود. همچنین مشاهده گردید که به طور کلی با افزایش نسبت سطح مقطع، مقدار فشار موتور متناظر با شروع نوسانات کاهش می یابد. علاوه بر این، مطابق بررسی های انجام شده با افزایش نسبت سطح مقطع از 1/27 تا 7/81، کمینه فشار موتور راه اندازی دیفیوزر به میزان 20/33 درصد افزایش می یابد.کلیدواژگان: دیفیوزر گلوگاه ثانویه، بستر آزمون ارتفاع بالا، عملکرد راه اندازی، نازل مخروطی، ناپایداری جریان
-
صفحات 105-118
آسیب های پرتویی اثرات مخربی بر قطعات الکترونیکی ماهواره ها دارند، به دلایل اقتصادی و وجود محدودیت های مختلف استفاده از قطعات تجاری در ماموریت های کوتاه مدت و ارتفاع کم رایج شده است. کارآمدترین روش محافظت در برابر تشعشعات، استفاده از حفاظ است. هدف از انجام این کار، بررسی بهینه حفاظ در ماموریت 3 ساله در مدار LEO با در نظرگیری مقاومت تشعشعی قطعات تجاری با استفاده از نرم-افزار SPENVIS و کدهای SHIELDOSE و MULASSIS است. نتایج محاسبات حاصل از نرم افزارهای PSTAR و ESTAR نشان می دهد در صورت استفاده از فلزات سنگین تر، محدوده انرژی ذرات برای توقف افزایش می یابد. نتایج حاصل از محاسبات نرم افزارهای SHIELDOSE، MULASSIS ،PSTAR و ESTAR نشان می دهد، که ضخامت چکالشی مواد مختلف جهت حفاظت تشعشعی قطعات تجاری، تفاوت زیادی با هم ندارد. هم چنین نتایج حاصل از نرم افزارهای SHIELDOSE، MULASSIS ،PSTAR و ESTAR نشان می-دهد مقدار کمینه لازم بر حسب ضخامت چگالشی جهت دست بابی به میزان تحمل تشعشعی قطعات تجاری، در هنگام استفاده از مواد مختلف تفاوت چندانی با هم ندارد.هم چنین نیاز به حفاظ سازی پیچیده ای نبوده و می توان از حفاظ های معمول نیز استفاده کرد. حداکثر مقدار ضخامت لازم برای تحمل تشعشعی قطعات تجاری به اندازه mm 5/0 از ترکیب آلومینیوم و تانتالیوم است. برای دست یابی به بهترین نتیجه با در نظرگیری بودجه جرمی، بهتر است از ماده پلی اتیلن استفاده شود. از نتایج محاسبات برای تغییر جایگشت های دو حفاظ آلومینیوم و پلی اتیلن می توان نتیجه گرفت که بهتر است لایه اول پلی اتیلن و بعدی آلومینیوم باشد.
کلیدواژگان: تشعشعات فضایی، قطعات COTS، حفاظ سازی، دز یونیزان کل، دز غیر یونیزان -
صفحات 119-129به منظور شبیه سازی عملکرد موتورهای هیبریدی، یک کد یک بعدی تدوین شده است. در این کد معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی در حالت یک بعدی و غیرلزج حل شده اند. به منظور اعتبارسنجی کد تدوین شده و نیز انجام مطالعات تجربی بیشتر، یک بستر آزمایشگاهی طراحی، ساخته و مورد بهره برداری قرار گرفت. آزمایشگاه شامل اجزاء مختلف نظیر موتور آزمایشگاهی، سیستم تغذیه اکسنده، سکوی تراست، تجهیزات اندازه گیری و سیستم داده برداری بوده و تکرارپذیری نتایج در آن اثبات گردیده است. نتایج حاصل از کد یک بعدی شامل فشار محفظه احتراق و تراست تولیدی با نتایج آزمایش مقایسه و مشاهده شد که همخوانی مناسبی بین این نتایج وجود دارد. به طوری که مقادیر حاصل از شبیه سازی برای پارامترهای فشار، تراست و نرخ پسروی متوسط به ترتیب به میزان 1/1، 7/3 و 1/4 درصد با مقادیر حاصل از آزمایش اختلاف داشتند. با استفاده از کد پارامترهای جریان شامل سرعت، فشار، چگالی و نسبت دبی جرمی اکسنده به سوخت (O/F) در طول محفظه احتراق بدست آمد. نحوه پسروی سطح سوخت در بازه های زمانی مختلف، نشان داد که پسروی سوخت یکنواخت نبوده به طوری که در ابتدای سوخت کمترین میزان پسروی و در یک فاصله طولی خاص (حدود m 12/0 از ابتدای سوخت) بیشترین میزان پسروی بوقوع پیوسته و در ادامه به سمت نازل این مقدار کاهش می یابد. این کد می تواند به عنوان ابزار مناسبی برای تحلیل و طراحی موتورهای هیبریدی بکار برده شود.کلیدواژگان: موتور پیشران هیبریدی، شبیه-سازی یک بعدی، نرخ پسروی سوخت، زیرساخت آزمایشگاهی
-
صفحات 130-142فلوفرمینگ لوله یکی از اقتصادی ترین روش های تولیدی برای لوله های استوانه ای ساده با برآمدگی های خارجی و داخلی همراه یا بدون فلنج می باشد. استفاده از عملیات فلوفرمینگ برای تولید بدنه به جای ماشینکاری خام لوله ها، منجر به استفاده بیشتر از مواد خام و همچنین افزایش خواص مکانیکی محصول به دلیل ایجاد کارسختی بر روی قطعه می باشد. عملیات فلوفرمینگ به دلیل استحکام بالای لوله های تولیدی، به عنوان یکی از مهم ترین روش های ساخت بدنه های استوانه ای در صنایع هوافضا می باشد. در این تحقیق، شکل پذیری یک فولاد خاص استحکام بالای مورد استفاده در صنایع هوافضا توسط فرایند فلوفرمینگ سه غلتکه بصورت تجربی و تحلیل المان محدود بررسی شده است. اثر تغییرات پارامترهای فرایند فلوفرمینگ نظیر سرعت چرخش ماندریل، نرخ پیشروی و زاویه حمله بر روی دقت ابعادی و هندسی و همچنین کیفیت سطح محصول تولیدی بصورت تجربی و تحلیل اجزای محدود بررسی گردید. نتایج نشان داد که با افزایش نرخ پیشروی، زبری سطح محصول نهایی تا 62 درصد افزایش می یابد. افزایش نرخ پیشروی همچنین منجر به کاهش عدم گردی بیش از 50 درصد و در نتیجه بهبود کیفیت هندسی قطعه نهایی می شود. افزایش سرعت دوران ماندریل منجر به کاهش زبری سطح تا 30 درصد می شود. همچنین افزایش سرعت دوران منجر به افزایش عدم گردی محصول می شود. افزایش زاویه حمله غلتک از 15 تا 30 درجه منجر به افزایش زبری سطح تا حدودا 30 درصد و کاهش عدم گردی و کاهش رشد قطری می شود.کلیدواژگان: فلوفرمینگ، شکل پذیری، فولاد استحکام بالا، زاویه حمله
-
صفحات 143-160
مطالعات پیشین، ارتباط بین آسایش، سلامت و بهره وری را در فضاهای کار معمولی اثبات کرده اند. در فضاهای کاری خاص، مانند اتاق تمیز صنعتی، قابلیت تحمل برای کارکنان سخت تر می شود، زیرا استاندارد های سختگیرانه باعث محدود شدن دسترسی، تردد و محدودیت های شدید تعاملاتی و بصری، می شوند. هدف این پژوهش، یافتن راهی برای جبران این قبیل، کاستی ها در فضاهای یاد شده است. پژوهش حاضر از منظر هدف، اکتشافی و به لحاظ استفاده، کاربردی است و از نظر فنون گردآوری داده ها، کیفی. ابتدا مطالعات اسنادی در حوزه مفاهیم محوری، کیفیت فضا، ابعاد تاب آوری و مبانی نظری موضوع انجام شد، تا مولفه های موثر بر فضا و اهداف کیفی آن استخراج گردد. سپس، جهت گردآوری داده های میدانی، مصاحبه های عمیق با خبرگان حوزه های مربوطه، روش گروه متمرکز به کار گرفته شد. بر این اساس، آسایش بصری و آسایش صوتی، به ترتیب بالاترین تاثیر را در سازگاری محیطی جهت تامین مطلوبیت فضایی دارند؛ سازگاری ارگونومی و سازگاری حسی - عاطفی، در این خصوص با تاثیر متوسط و در اولویت پایین تر، ارزیابی شدند. نتیجه این که تامین آسایش بصری و صوتی، در شکل دهی به مدل کیفی مطلوبیت فضا های خاص مانند اتاق تمیز صنعتی پیشتاز هستند. نتایج حاصل از پژوهش به شکل یک الگوی جامع تحت عنوان " مدل یکپارچه انسان محور در تعامل بین تاب آوری فضای معماری و عوامل مطلوبیت فضا " شکل گرفت. با توجه به یافته های میدانی و گزاره های محتوایی استخراج شده، آسایش بصری دارای بیشترین میزان تاثیر گذاری بر میزان تاب آوری فضایی می باشد. نتایج پژوهش، در مقایسه با تحقیقات پیشین، نشان می دهد که در واقع، عامل "کامیابی" شدیدا متاثر از عامل "آسایش بصری" است. پژوهش، در نهایت، یک مدل چندوجهی برای تاب آوری فضایی در معماری فضاهای کاری با محدودیت بالا را پیشنهاد می کند.
کلیدواژگان: اتاق تمیز، سلامت کارکنان، تاب آوری فضایی، استرس محیط کار، انعطاف پذیری فضای کار
-
Pages 1-9In this article, the synthesis of the two-dimensional radiation pattern of multi-beams in the time-modulated planar antenna array is discussed. With the aim of reducing the time of numerical calculations of multi-beam synthesis and eliminating the traditional and optimization approaches, which are mostly complicated and time-consuming, the convolutional neural network approach has been investigated. In this study, the simultaneous shaping of multiple beams as desired in the time modulated antenna array is presented for the first time. By using the method of switching elements and their time modulation, which is based on the Chabi-Sheff distribution, to use and realize multi-beams such as the fundamental beam and the first and second harmonics with low side lobe level and steering at different spatial angles, create various random data. After that patterns and modulations like them are stored. After that, by presenting and designing a model of the convolutional neural network, learning the model for the relationship between the main beam pattern and the first two harmonic patterns with the time modulation of each element has been done. The presented neural network has been able to learn the relationship between the time modulation parameters of the antenna array elements with the main beam patterns and the first and second harmonics with a mean square error of about 0.03. In order to evaluate this model, a random sample of data has been selected to give its patterns to the input of the network. The output of the network has estimated the time modulation sequence of each element. Finally, the modulation pattern of the estimated elements is compared with the main patterns of the comparison and shows the closeness of the original pattern to the estimated pattern. This method provides a good capability for arbitrary control of multiple beams for applications that require establishing multiple connections.Keywords: Beamforming, Time-Modulated Antenna Array, Convolutional Neural Networks
-
Pages 10-23The design of space operations must be done carefully. Because the smallest mistake in the design and construction of the spacecraft causes heavy financial losses. Electronic boards are one of the most important components of electronic systems in any operation. These boards must continue to operate under the applied loading. Strong levels of random vibrations can cause damage and fracture in electronic boards. The random vibration field applied to the electronic board can be modeled by mixed-mode I/II loading. Solder joints are very sensitive components of satellites. Fracture of electronic packages often occurs due to cracking in the joint between the electronic board and the solder under mixed-mode I/II loading. In this research, a new fracture criterion based on the maximum tangential stress is presented to predict the fracture for the interfacial crack between the electronic board and the solder. Based on the presented criterion, the direction and moment of crack initiation are predicted for the interfacial crack between isotropic and orthotropic materials. In this way, the fracture limit curve can be drawn. By comparing the presented criterion with the available experimental data, it can be concluded that the presented criterion has sufficient validity to evaluate the prediction of fracture in interfacial cracks between isotropic and orthotropic materials.Keywords: Electronic Board, Solder Joints, Random Vibration, Fracture, Interfacial Crack
-
Pages 24-38In this paper, an adaptive fault-tolerant control based on modified nonsingular fast terminal sliding mode control is developed for attitude tracking of a satellite with three magnetorquers and one reaction wheel. The proposed approach is designed to be robust in the presence of actuator faults, external disturbances, and inertia uncertainties and preserve the acceptable performance of system. The adaptive law is designed to estimate the upper bound of uncertain expressions, increase the tracking accuracy, and improve the performance of system. This parameter with a coefficient of sliding surface variable are used in the reaching phase of control law to achieve the chattering-free phenomenon. Stability and finite-time convergence of attitude variables is proved by the extended Lyapunov condition. To increase the tracking accuracy and compensate the required torque, a reaction wheel is used as a redundancy. Also, for increasing the control accuracy, the dynamics of this actuator is considered as well as the constraints of magnetorquers and reaction wheel. The simulations are performed and compared with the similar control method under the mentioned conditions to evaluate the performance of the proposed method. The results show the finite-time convergence, increasing the tracking accuracy, smoothing of satellite attitude changes, and generating the chattering-free control signals.Keywords: Satellite Attitude Tracking, Sliding Mode Control, Finite-Time Convergence, Magnetorquer, Actuator Faults
-
Pages 39-51The layout design of satellite components is a key method to improve the overall performance of the satellite; So that proper placement design has been a common feature in most of the successful satellites. In this research, the layout and configuration design of a remote sensing satellite will be discussed. This design is done using the requirements given to the structural subsystem by other subsystems. The difference between the layout of this satellite and other satellites is that in this satellite the elements are placed on the main structure of the satellite, which includes Honeycomb plates (honeycomb core and an aluminum shell), instead of a layered arrangement. For this purpose, in the first step, the satellite structure along with all the elements of different subsystems will be modeled in Solidworks Software. Next, according to the given requirements, the layout of elements will be done. After that, the results of the center of mass and moments of inertia in two open and closed states of the solar panels are obtained. These results show that the cross moments of inertia are insignificant (close to zero) compared to the moments around the coordinate axes; therefore, it can be stated that the considered coordinate axes are consistent with the main axis of the satellite; This is a proof of a suitable layout and configuration design.Keywords: Structure, Layout, Configuration Design, Remote Sensing Satellite, Satellite Subsystems
-
Pages 52-63This research focused on investigating additive manufacturing factors using Selective Laser Melting (SLM) with maraging grade 300 steel powder via Taguchi method. The main objectives were to explore the influence of process parameters and achieve optimal levels. Experiments were exactly designed with the assistance of Mini-Tab software. The study specifically targeted scanning speed, hatch distance, layer thickness, and scanning strategy for fabricating tensile samples. Comprehensive characterization using optical and scanning electron microscopes examined mechanical and microstructural properties. The analysis revealed that the optimal levels for achieving desirable results were as follows: scanning speed of 100 mm/s, layer thickness of 20 microns, hatch distance of 0.15 mm, and implementing the Stripe scanning strategy in the XY direction. The output results showed significant findings, with a final tensile strength of 951 MPa, porosity measured at 0.4%, and an impressive relative density of 99.6%. In conclusion, this research provides valuable insights into optimizing the selective laser melting process with maraging grade 300 steel, offering crucial knowledge about effective process parameters for obtaining optimal mechanical and microstructural properties in the additive manufacturing of tensile samples.Keywords: Selective Laser Melting, Maraging Steel, Additive Manufacturing, Taguchi’S Methods
-
Pages 64-77
In this paper, In the preliminary phase of space mission design, the selection of the spacecraft's trajectory is critical. This study simulates the dynamics of low-thrust orbital transfers within a two-dimensional orbital plane, employing a set of ordinary differential equations to represent the continuum of the spacecraft's orbital elements. These elements are encapsulated by six orbital parameters, manipulated under a defined thrust vector strategy within the action space, adhering to a specified policy framework. An agent, trained via a reinforcement learning algorithm within an actor-critic network architecture, is tasked with executing a low-thrust transfer between Low Earth Orbit (LEO) and Geostationary Orbit (GEO). The algorithm dynamically adjusts the spacecraft's trajectory, informed by initial orbital conditions and mission-specific constraints, to derive an optimal thrust angle trajectory and corresponding adjustments in orbital elements for the maneuver. To validate the algorithm's efficacy and robustness, a comparative analysis is conducted by implementing an alternative transfer mode at a varied orbital altitude. Additionally, the study explores the impact of adjusting the algorithm's degradation coefficient hyperparameter on the learning efficacy. Conclusively, the findings suggest that the agent, once adequately trained within the specified dynamical model, is capable of autonomously executing analogous orbital transfers. This is achieved without necessitating reiteration of the dynamical simulations, contingent solely upon the stipulation of initial and terminal orbital parameters.
Keywords: Low-Thrust, Equinoctial Orbital Elements, Reinforcement Learning, Actor Critic Networks, Agent -
Pages 78-91
In this article, the optimal design of a flying object is discussed with the help of designing the required speed. In this design method, the input information includes the type of fuel composition, payload mass, and maximum flight range, and the purpose of the design is to determine the initial mass and main dimensions of the aircraft. At the beginning of the design, the configuration of the bird is selected, and then with the determination of the fuel composition, the main characteristics of the fuel are determined as the main design inputs in the first step. By going through the design stages and by performing weight and geometric calculations, the initial mass of the flying object, the initial mass of the stages, the amount of fuel and oxidizer of the stages and the amount of thrust of the engines are determined. Then, to ensure the design method, similar flying objects in terms of fuel type, number of stages and also the final range have been used for validation. After performing the classical design, optimizing the mass function is considered, for optimization, the parameters λ_νi (relative initial thrust of the stages), P_ci (internal combustion pressure of the engines) and P_ei (exit pressure of the nozzle of the engines) with three GA methods (genetic evolutionary algorithm), ABC (bee colony evolutionary algorithm) and CA (cultural evolutionary algorithm) have been optimized and the results have been compared with each other. After analysis of the results, it is clear that the minimum mass (objective function) and the most optimal value is related to the cultural optimization method (CA), which reduces the initial mass by bringing the flying object to the final range.
Keywords: Required Speed Design, Optimal Design, Meta-Heuristic Algorithms, Mass Function Optimization -
Pages 92-104One of the most important parameters in the operation of the diffuser of the vacuum simulator is the ratio of the cross-sectional area of the diffuser inlet to the outlet cross-section of the nozzle. Increasing this parameter increases the expansion length of the supersonic flow and causes instability in the process of starting up the diffuser. In the present study, the effect of the different diffuser inlet to nozzle exit area ratio (Ad/Ae) on the starting performance of a second throat exhaust diffuser has been investigated experimentally. Vacuum simulation tests have been carried out on several conical nozzles with different exit area by a high-pressure air apparatus. Investigations show that at high Ad/Ae before starting the diffuser, oscillations in the pressure of the test chamber are created due to the instability of the flow at the diffuser inlet. By frequency analysis of the vacuum chamber pressure, it is observed that as Ad/Ae increases, the number of oscillatory modes of the vacuum chamber pressure increases and the dominant frequency of the oscillations before starting the diffuser becomes larger. It was also observed that, generally, with the increase of Ad/Ae the amount of motor pressure corresponding to the start of oscillations decreases. In addition, according to the investigations, with the increase of Ad/Ae from 1.27 to 7.81, the minimum starting pressure of second throat exhaust diffuser increases by 20.33 %.Keywords: Second Throat Exhaust Diffuser, High Altitude Test Facility, Starting Performance, Conical Nozzle, Flow Instability
-
Pages 105-118
Radiation damages have destructive effects on the electronic components of satellites. Due to financial reasons and the presence of different restrictions, the utilize of commercial components ended up common in short-term and low-altitude missions. The most effective method of protection against radiation is the use of shields. The results of calculations obtained from PSTAR and ESTAR software show that in case heavier metals are utilized, the energy range of particles to stop increases. The result of SHIELDOSE, MULASSIS, PSTAR, and ESTAR software calculations is that the amount of thickness of different materials for the radiation tolerance of commercial parts does not differ much in terms of condensation thickness. Also, there is no need for complex protection and it can be used the usual protections. The maximum thickness required for the radiation tolerance of commercial parts is 0.5 mm from the combination of Aluminum and Tantalum. In order to achieve the best result considering the mass budget, it is better to use polyethylene material. From the results of the calculations to change the permutations of the aluminum and polyethylene shields, it can be concluded that it is better to have the first layer of polyethylene and the next layer of Aluminum.
Keywords: Space Radiation, COTS, Shielding, Total Ionizing Dose, Non Ionizing Dose -
Pages 119-129A one-dimensional code was developed to simulate the performance of hybrid rocket engines. In this code, the conservation equations of mass, momentum and energy are solved in one-dimensional and inviscid form. To validate the code and conduct further experimental studies, an experimental setup was designed and manufactured. The stand had various components, including an experimental-scale motor, an oxidizer feeding system, thrust stand, data acquisition and recording equipment. The repeatability of the results has been proven in it. The simulation results, including the combustion chamber pressure and thrust, were compared with the experimental date and good agreement was achieved. By using the code, flow parameters including speed, pressure, density and mass flow rate ratio (O/F) along the combustion chamber were obtained. The regression rate of the fuel surface in different time periods showed that the fuel regression was not uniform, so that at the beginning of the grain there is a minimal regression, but at a distance of about 0.12 m from the beginning, there is a continuous increase in regression reaching the highest amount, and then decreasing towards the nozzle. This code is a useful tool for analyzing and design of hybrid engines.Keywords: Hybrid Motor, One-Dimensional Simulation, Fuel Regression Rate, Experimental Setup
-
Pages 130-142Tube flow forming is one of the most economical production methods for simple cylindrical tubes with external and internal protrusions with or without flanges. The purpose of flow forming operation for body production is to use more raw materials and increase mechanical properties due to hard work on the part instead of raw machining of tubes. Due to the high strength of these tubes, it is one of the most important methods of manufacturing cylindrical bodies in the aerospace industry. In this research, the formability of high-strength maragining steel has been experimentally investigated by the three-roller flow forming process and finite element analysis. The effect of changes in flow forming process parameters such as mandrel rotation speed, feed rate, and angle of attack on dimensional and geometric accuracy as well as surface quality of the produced product was investigated experimentally and numerically. The results showed that the surface roughness of the final product increases up to 62% as the feed rate increases. Increasing the feed rate also leads to the reduction of out-of-roundness by more than 50%, thus improving the geometric quality of the final part. Increasing the rotation speed of the mandrel leads to a decrease in the surface roughness up to 30%. Also, increasing the rotation speed leads to an increase in the non-rotation of the product. Increasing the angle of attack of the roller from 15 to 30 degrees leads to an increase of about 30% in surface roughness and a decrease in non-roundness and a decrease in diameter growth.Keywords: Flow Forming, Formability, High Strength Steel, Attack Angle
-
Pages 143-160
Previous studies have proven the relationship between comfort, health and productivity in typical work spaces. In certain workspaces, such as industrial cleanrooms, resilience becomes more difficult for employees, as strict standards restrict access, movement, and severe interactive and visual limitations. The aim of this research is to find a way to compensate for such shortcomings in the mentioned spaces. The current research is exploratory in terms of purpose and practical in terms of use, and qualitative in terms of data collection techniques. First, documentary studies were conducted in the field of key concepts, quality of space, dimensions of resilience and theoretical foundations of the subject, in order to extract the components affecting the space and its qualitative goals. Then, in order to collect field data, in-depth interviews with experts in the relevant fields, the focus group method was used. Based on this, visual comfort and sound comfort respectively have the highest impact in environmental compatibility to provide spatial desirability; Ergonomic compatibility and sensory-emotional compatibility were evaluated with moderate impact and lower priority in this regard. The result is that the provision of visual and acoustic comfort is the leader in shaping the qualitative model of the desirability of special spaces such as industrial clean rooms. The results of the research were conducted to the form of a comprehensive model as "integrated human-centered model in the interaction between the resilience of the architectural space and the factors of the desirability of the space". According to the field findings and extracted content propositions, visual comfort has the greatest impact on spatial resilience. The results of the research, compared to previous researches, show that, the factor “success” is strongly influenced by the factor “visual comfort”. Finally, the research proposes a multifaceted model for spatial resilience in the architecture of high-constraint work-spaces.
Keywords: Clean Room, Employee Health, Space Resilience, Work Environment Stress, Work Space Flexibility