فهرست مطالب

علوم و فناوری فضایی - سال چهاردهم شماره 2 (پیاپی 47، تابستان 1400)

نشریه علوم و فناوری فضایی
سال چهاردهم شماره 2 (پیاپی 47، تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/06/21
  • تعداد عناوین: 9
|
  • محمد رزمجویی، محمد شهبازی، فتح الله امی* صفحات 1-26

    این مقاله شامل گسسته سازی معادلات و تهیه یک برنامه کامپیوتری برای آنالیز جریان گاز در محفظه و نازل همگرا-واگرا با دیواره عایق فناشونده می باشد. شرایط مرزی فرض شده در نازل کاملا مشابه یک نازل واقعی می باشد. به این منظور ابتدا با روابط ریاضی مربوطه پروفیل نازل مخروطی و رایو طراحی شده است و برای حل جریان در نازل همگرا-واگرا از روش صریح مک کورمک استفاده شده است. معادلات انتقال حرارت و جرم در دو بعد در بدنه و عایق مورد نظر در نظر گرفته شده است. برای حل این معادلات از روش حجم محدود و از روش ضمنی برای وابستگی زمانی استفاده شده است. همچنین معادله تجزیه که به فرم آرنیوس نوشته شده با استفاده از رانگ-کوتای مرتبه 4 حل شده و چگالی و شار جرمی گاز تولیدی در هر گام زمانی بدست آمده است. سپس در ادامه به بررسی فناشوندگی در یک نازل همگرا-واگرای مخروطی در دو حالت متفاوت با و بدون فناشودگی زغال پرداخته شده و نتایج با همدیگر مقایسه شده و برای حل مش غیر متعامد در  نازل همگرا-واگرا از روش Over-Relaxed استفاده شده است. در نهایت با در نظر گرفتن پروفیل نازل رایو برای یک موتور واقعی توزیع دما و چگالی بدست آمده است. نتایج شبیه سازی مورد نظر با تست تجربی انجام شده مقایسه شده است. که نتایج حاصله نشان از دقت قابل قبول کد نوشته شده در عایق کربن اپوکسی می باشد.

    کلیدواژگان: فناشوندگی، عایق، حجم محدود، نازل همگرا-واگرا، انتقال حرارت، شبکه غیرمتعامد، روش Over-Relaxed
  • مسعود طایفی فیجانی*، سعید آزادنژاد، مسعود مرادی صفحات 27-36

    آگاهی از روند تغییرات تراکمی عرصه های جنگلی نیازمند مدلی کارآ برای طبقه بندی تاج پوشش جنگل است. چالش مقدماتی تفکیک تاج پوشش جنگل از سایر پوشش های گیاهی غیرجنگلی نظیر بوته زارها، نیزارها و بیشه های متراکم است. در ادامه تلاش های قبلی برای بهبود عملکرد مدل FCD در این پژوهش با افزودن شاخص FCCI توام با اعمال کرنل میانگین عملکرد مدل FCD ارتقاء یافت. طبقه بندی تاج پوشش تراکمی جنگل های هیرکانی مبتنی بر تصاویر سال 1396 سنجنده لندست 8 به منظور پیاده سازی، ارزیابی، صحت سنجی و تحلیل نتایج برگزیده شد. افزایش دقت مدل و حصول نتایج بهتر کاملا ملموس بوده و حتی از تفسیر چشمی نتایج نیز قابل تایید است. تحلیل آماری نتایج نیز از افزایش 10% و 24% دقت کلی و ضریب کاپا مدل بهبودیافته نسبت به مدل اولیه حکایت دارد که البته در دو کلاس متراکم و بدون جنگل بارزتر می نمود. بصورت مشخص دقت کلاسی این دو منطقه در نتایج حاصل از مدل بهبودیافته به ترتیب حدود 13% و 7% افزایش نشان می دهد

    کلیدواژگان: مدل تراکم تاج پوشش جنگلی، شاخص ترکیب رنگی پوشش جنگل، کرنل، لندست 8، جنگل های هیرکانی
  • مسعود عیدی عطارزاده*، عطیه سرآبادانی، غزال داورنیا، حامد خسروبیگی، محمد فرشچی، علیرضا رمضانی صفحات 37-47

    در مرحله طراحی موتورهای پیشران فضایی، استفاده از نرم افزارهایی با هزینه ی محاسباتی کم، از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. در این مقاله یک نرم افزار مدل سازی محفظه رانش موتورهای فضایی دومولفه ای در مقیاس کوچک توسعه داده می شود. با استفاده از مدل های پاشش و تبخیر، فرآیندهای تزریق پیشرانه و توزیع تبخیر محاسبه می گردد. حلگر احتراقی با استفاده از سینتیک شیمیایی، فرآیند احتراق درون محفظه را به صورت یک بعدی در راستای محور محفظه رانش محاسبه می کند. حلگر خنک کاری، میزان انتقال حرارت از گازهای داغ به فیلم های خنک کاری و محیط بیرون را پیش بینی می کند. اعتبارسنجی مدل ها نشان می دهد که خطای آن ها در شبیه سازی فرآیندها قابل قبول است. با استفاده از ابزار توسعه داده شده، عملکرد تراستر دومولفه ای شرکت آستریوم با سوخت منومتیل هیدرازین و تتراکسید نیتروژن و سینتیک احتراقی گسترده، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که دمای گازهای درون محفظه یکنواخت نبوده و دارای پیک است. همچنین فرآیند تبخیر قطرات سوخت و اکسنده تا گلوگاه نازل ادامه دارد.

    کلیدواژگان: نرم افزار تحلیل، پاشش، احتراق، تراستر دومولفه، موتورهای فضایی
  • محمدعلی امیری آتشگاه*، سید محمدجعفر طبیب صفحات 49-59

    در این مقاله رویکرد مکان یابی یک ربات پرنده در یک فضای محدود توسط دوربین هایی با دید وسیع ارایه می شود. در ابتدا شبیه سازی دینامیکی 6 درجه آزادی وسیله در محیط Simulink انجام شده و حرکت آن در یک محیط مجازی در 3DsMAX پیاده سازی می شود. در این محیط تعدادی دوربین چشم ماهی در چند نقطه مستقر شده و تصاویر دریافتی آنها از پرواز ربات پرنده به صورت برونخط توسط کتابخانه هایOpenCV تجزیه و تحلیل می گردند. سپس به منظور کالیبراسیو ن برونی دوربینها از الگویی مشخص شامل تعدادی نقطه روشن که مختصات معلوم دارند تصویربرداری شده و با کمک روشی مبتنی بر نقاط پرسپکتیو، جهت و مکان خود دوربین ها بدست می آید. نتایج تحقیق حاکی از این است که با دقتی در حدود 4 سانتیمتر می توان موقعیت وسیله را تخمین زد. شایان ذکر است که از روش پیشنهادی می توان در ناوبری رباتهای فضایی و مریخ نورد نیز بهره برد.

    کلیدواژگان: محیط مجازی، ناوبری تصویری، کالیبراسیون دوربین چشم ماهی، الگوریتم مبتنی بر نقاط پرسپکتیو، ربات پرنده چهارپره
  • بهمن قربانی واقعی*، علیرضا شهری رازلیقی صفحات 61-69

    حسگرمغناطیسی یکی از پرکاربردترین حسگرها به دلیل سبکی و مصرف توان پایین در میکرو ماهواره ها می باشد. یکی از معایب بزرگ این حسگرها این است که داده های خروجی تحت تاثیر میدان های مغناطیسی حاصل از تجهیزات خراب شده و غیرقابل اعتماد می گردد. بنابراین باید اندازه میدان مغناطیسی در محل جانمایی حسگرمغناطیسی به کمتر از مشخصه های پاکیزگی مغناطیسی تعریف شده متناسب با ماموریت ماهواره برسد. در این مقاله ابتدا یک تابع هزینه براساس اندازه میدان مغناطیسی حاصل از تجهیزات در محل حسگرمغناطیسی تعریف شده و با استفاده از الگوریتم هوشمند بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) سعی می شود تابع هزینه با جانمایی بهینه تجهیزات به حداقل ممکن برسد. در این راستا به کمک الگوریتم، وضعیت تجهیزات متناسب با مقدار آزادی که دارند در محل جانمایی چنان تعیین می شود که میدان مغناطیسی تجهیزات در محل حسگرمغناطیسی به حداقل ممکن برسد. در انتها با شبیه سازی تجهیزات یک ماهواره، عملکرد صحیح الگوریتم در رسیدن به پاکیزگی مغناطیسی نشان داده می شود.

    کلیدواژگان: پاکیزگی مغناطیسی، تکنیک خودجبران، الگوریتم هوشمند ازدحام ذرات (PSO)، مدل سازی دوقطبی مغناطیسی
  • کاووس قوردوئی میلان، علی صدر، سید حسن صدیقی*، حمیده دانشور صفحات 71-76

    در این مقاله، هدف طراحی لایه های حفاظت تشعشعی برای محیط های الکترونی و پروتونی می باشد که برای همه ی شرایط فضایی و تمامی مدارها قابل استفاده باشند. بعد از انجام طراحی و انتخاب تعداد لایه ها، حفاظ مدنظر با کمک نرم افزارهای متلب و MCNPX، تحلیل و بهینه سازی شده است. بهینه سازی، از طریق نرم افزار متلب و الگوریتم ژنتیک به گونه ای انجام شده است که با لینک شدن نرم افزار متلب و MCNPX، تمامی حالات ممکن در نظر گرفته شده و بهترین حالت از طریق الگوریتم ژنتیک انتخاب شده است. در حفاظ های بهینه طراحی شده، دز کل یونیزاسیون رسیده به قطعه الکترونیکی برای محیط های پروتونی و الکترونی به ترتیب 3/53 و 72 درصد در مقایسه با حفاظ آلومینیمی با ضخامت مشابه کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: تشعشعات فضایی، نرم افزار MCNPX، لایه های حفاظتی، نرم افزار متلب
  • محمد نوابی*، نازنین صفایی صفحات 77-88

    روش کنترل تطبیقی به دلیل غلبه بر مشکل وجود عدم قطعیت ها در ماموریت های فضایی مورد توجه قرار می گیرد. در این مقاله یک روش کنترل تطبیقی مستقیم بهینه نوین که بر اساس پارامترهای مارکوف طراحی می گردد جهت کنترل وضعیت ماهواره ارایه می شود، و مسئله کنترل وضعیت ماهواره با استفاده از این روش کنترلی و عملگر تراستر غیرخطی در حضور نامعینی های ممان اینرسی بررسی می گردد. در روش کنترلی ارایه شده عملکرد سیستم بر اساس ماتریس های دوران بیان می شود، و این روش مشکل سینگولاریتی ندارد. جهت مقایسه روش معرفی شده با سایر روش های کنترلی، کنترل وضعیت ماهواره با استفاده از کنترلر فازی شبیه سازی می گردد، و در نهایت برتری روش کنترلی فازی نسبت به روش کنترل تطبیقی بیان شده با در نظر گرفتن زمان صعود و نشست سیستم نشان داده می شود. همچنین نتایج حاصل از شبیه سازی ها نشان می-دهند که روش کنترل تطبیقی ارایه شده با استفاده از عملگر تراستر روشن-خاموش نسبت به عدم قطعیت در اینرسی مقاوم است.

    کلیدواژگان: مدل سازی سینماتیکی بدون تکینگی، کنترل وضعیت، عملگر تراستر روشن-خاموش، کنترل تطبیقی مستقیم
  • حمید کاظمی* صفحات 89-102

    بسیاری از کاربردهای فضایی که قبلا با استفاده از ماهواره های بزرگ امکان پذیر بودند، اکنون به دلیل توسعه فناوری، توسط ماهواره های بسیارکوچک انجام می شوند. مقررات بین المللی فضایی که بر بهره برداری ماهواره های بزرگ با فناوری پیشرفته حاکم هستند، همچنین بر مسئولیت دولت ها برای تنظیم و کنترل ماهواره های کوچک قابلیت اعمال دارند. با وجود این، اولا در سال های اخیر، فعالیت بخش خصوصی در فضایی با بهره برداری از ماهواره های کوچک بدون رعایت مقررات مربوطه افزایش یافته است و ثانیا برخی موضوعات مثل فعالیت بخش خصوصی و یا انتقال مالکیت ماهواره ها در معاهدات بین المللی مسکوت است. لذا، مسئولیت دولتها به چالش کشیده شده است. این مقاله با بررسی مسئولیت دولتها برای بهره برداری از ماهواره های کوچک، به دو چالش جدی مرتبط یعنی فعالیت بخش خصوصی و انتقال مالکیت ماهواره های کوچک در مدار می پردازد و نهایتا راه حل هایی برای رفع این چالش ها ارایه می شود.

    کلیدواژگان: مسئولیت، فعالیت های فضایی، شی فضایی، ماهواره کوچک، بهره برداری
  • فرشاد سمیه ئی، امیرعلی نیکخواه*، جعفر روشنی یان صفحات 103-110

    در این مقاله الگوریتم جدیدی جهت تعیین چگالی داده های پراکنده بر روی سطح کره ارایه و سپس از الگوریتم پیشنهادی به همراه روش خوشه بندی Geodesic Weighted K-Means و مثلث بندی دلونی جهت تولید کاتالوگ ستارگان یکنواخت استفاده شده است. مقایسه نتایج با نتایج حاصل از سایر مقالات مرتبط نشان داد که الگوریتم پیشنهادی منجر به کاهش قابل توجه در احتمال مشاهده تعداد زیاد ستاره ها در تمام میدان دیدهای شبیه سازی شده حس گر ستاره شده است. این بهبود، نتیجه افزایش یکنواختی کاتالوگ ستاره علی الخصوص در قطبین کره سماوی ناشی از الگوریتم تعیین چگالی پیشنهادی است. از سوی دیگر، استفاده از الگوریتم تعیین چگالی داده مناسب، منجر به افزایش احتمال مشاهده چند ستاره (مانند 3 یا 5) در همه میدان های دید مورد استفاده در شبیه سازی مونت کارلو شده است.

    کلیدواژگان: حس گر ستاره، کاتالوگ ستاره یکنواخت، تعیین چگالی داده های پراکنده، خوشه بندی
|
  • Mohammad Razmjooei, Mohammad Shahbazi, Fathollah Ommi * Pages 1-26

    In this paper, the heat transfer and ablation thermal insulators in solid rocket motor are investigated. Therefore, by collecting and solving the thermal ablation equations, a computer program, using MATLAB software, is developed which can predict the thermal response of insulators in different operating conditions and compare the performance of these insulators. The heat and mass transfer equations are considered in two dimensions in a solid body. We used the equations, finite volume method with implicit formulation for time dependency to solve equations. The reaction equation which written in the form of Arrhenius, is solved using Runge-Kutta method, and the density and the flux of the gas produced at each step are obtained. Also we represent a model for the rate of recession.

    Keywords: Ablation, Insulators, Finite volume, Two-dimensional, heat transfer, Decomposition equation
  • Masoud Taefi Feijani *, Saeed Azadnejad, Masoud Moradi Pages 27-36

    Awareness of the trend of forest canopy density classification requires an operational exact model for forest crown classification. The preliminary challenge is the separation of the forest crown from other non-warlike vegetation coverings. In the following, previous attempts to improve the performance of the FCD model, in this study, by adding the FCC index and the kernel, improved the average performance of the FCD model. The crown classification of Hyrcanian forests based on images of 1396 Landsat 8 was selected for implementation, evaluation, validation and analysis of the results. Improving the accuracy of the model is entirely sensible and even manual interpretation confirm it. The statistical analysis of the results also indicates a 10% and 24% increase in overall accuracy and kappa coefficient of the improved model compared to the initial model. Specifically, the accuracy of these two classes in the results of the improved model is about 13% and 7%, respectively.

    Keywords: Forest canopy density, Forest color composite Index (FCCI), Kernel function, Landsat 8, Hyrcanian forest
  • Masoud Eidiattarzade *, Atiyeh Sarabadani, Ghazal Davarnia, Hamed Khosrobeygi, Mohammad Farshchi, Alireza Ramezani Pages 37-47

    Numerical modeling of space engines aside the experimental test is routine. In the design step of such engines, low-cost softwares are vital. In this paper, small-scale space engine thrust chamber analysis code will be developed. In this code, propellant injection and evaporation distribution will be modelled. 1D Combustion solver calculates the reactions of distributed fuel and oxidizer through the thrust chamber axis by chemical mechanisms. Then the cooling solver computes the heat transfer from hot gases to the film cooling layer and the outer surroundings. Validation shows acceptable errors in the modelling of processes. By this developed code, the performance of the Astrium bi-propellant thruster with MonoMethylHydrazine and NitrogenTetrOxide and distributed chemical reaction has been investigated. Results show that hot gas temperature inside the combustor is not uniform and has a peak. Furthermore, the evaporation of the propellant droplets is continued to the nozzle throat.

    Keywords: Analysis Code, injection, Combustion, Bi-propellant Thruster, Space Engine
  • Mohammadali Amiri Atashgah *, Seyyed MohammadJafar Tabib Pages 49-59

    This research represents localization of an aerial robot using fisheye cameras on walls in a simulation environment. The virtual testbed in this work is a quadrotor that is simulated in MATLAB Simulink. Subsequently, the simulation outputs as flight records are used in a virtual lab, which is developed in 3DsMAX. Then, the virtual fisheye cameras (here two) are installed in some different points on the walls and the related images from the cameras are received offline. The gathered images will be processed by OpenCV in a C++ environment. For external calibration, each fisheye camera takes an image from a known pattern consist of some lights placed in the virtual lab. We execute Perspective-n-Point method on the images to obtain pierce direction/position of the camera. For more, the aerial robot is localized by computing the nearest point between two lines of sight. In brief, the outcomes exhibit an accuracy of 4cm in the center of the virtual-room room.

    Keywords: Virtual Environment, Visual Navigation, Fisheye Calibration, Fisheye Camera, Perspective-n-Point, Aerial Robot
  • Alireza Shahri Razlighi Pages 61-69

    Magnetometer is one of the most sensors due to its lightness and low power consumption in satellites. Therefore, the magnitude of the magnetic field at the location of the magnetometer should be less than the magnetic cleanliness characteristics defined for the satellite. One of the best solutions is to properly placement included position and angular position of the equipments in such a way the magnetic field is minimized at the magnetometer location. In this paper, a cost function is defined based on the norm of the magnetic field generated by the equipments at the magnetometer location, and the cost function is minimized by adjusting the angular position of the equipments using the particle swarm optimization (PSO) algorithm. Position adjustment compensates the generated magnetic field and helps to passively achieve the magnetic cleanliness characteristics of a satellite. Finally, by simulating the magnetics of a satellite equipments, the performance of the algorithm in achieving magnetic cleanliness is shown.

    Keywords: Magnetic cleanliness, Self-Compensate Technique, Intelligent Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm, Dipole Magnetic Modeling
  • Kavoos Ghordoyi Milan, Ali Sadr, Hamideh Daneshvar Pages 71-76

    In this paper, multi layer radiation shield is designed for electrons and protons space environments to protect in all satellite orbits. The designed shield layer material and thickness is analyzed and optimized by MCNPX linked with Matlab. In Matlab, genetic algorithm is employed for optimization where the cost function is obtained from MCNPX. The designed shield achieves more than 53% TID reduction for proton environment and more 72% TID reduction for electron environment compared with aluminum by similar thickness. This good specifications prove the capability and ability of the deigned multilayer shields to protect the electronic parts in the satellite applications.

    Keywords: Space radiations, MCNPX, Shielding layer, MATLAB
  • Mohammd Navabi *, Nazanin Safaei Hashekvaei Pages 77-88

    Adaptive control technique is taken into consideration because of overcoming the problem of existence of uncertainties in the space missions.In this paper, a novel optimal direct adaptive control technique which is based on Markov parameters is presented. In this technique, the system's performance is expressed based on rotation matrices, and this method doesn't have a singularity problem. The problem of satellite attitude control using this method and nonlinear thruster actuator in existence of uncertainty in moment of inertia is analyzed. The novel adaptive controller using on-off thrusters is robust to inertia changes. In this paper, a mamdani fuzzy logic is used to schedule the gains of PD control method, and the satellite attitude control problem using a fuzzy controller is simulated. With considering the settling and rise times, it's shown that the fuzzy controller is better than the presented adaptive controller. Also, the problem of satellite attitude control using the novel adaptive controller in presence of a constant disturbance is analyzed, and simulation results illustrate that the new adaptive control is robust to a constant disturbance.

    Keywords: Satellite attitude, optimal adaptive control, on-off thrusters, fuzzy controller, constant disturbance
  • H. Kazemi * Pages 89-102

    Many of the space applications that previously required the use of large, complex and expensive satellites have now been made possible by very small satellites due to the development of technology. The applicable international laws and regulations, which typically govern large satellite operations with sophisticated technology, also govern state's responsibility for regulating and controlling small satellites. However, in recent years, the private sector has increased its commercial use of small satellites without complying with applicable regulations. As a result, the irregular operation of small satellites in space has increased in orbits without states oversight. Therefore, the responsibility of states in the international space community to regulate the operation of small satellites has been challenged. This paper focuses on the responsibility of states and two challenges arise in relation to the responsibility of states in the operation of small satellites; activity of private section and transfer small satellites ownership into orbits. Finally, the author proposes solutions to address these challenges.

    Keywords: Responsibility, space activity, Space objects, small sattelite
  • Farshad somayehee, AmirAli Nikkhah * Pages 103-110

    In this paper, a new algorithm for determining the density of scattered data at the surface of the sphere is presented and then the proposed algorithm along with Geodesic Weighted K-Means clustering and Deluany triangulation are used to make uniform star catalogs. Comparison of the results with the results of other related articles shows that the proposed algorithm resulted in a significant decrease in the probability of observing a large number of stars in all simulated star sensor fields of view. This improvement is due to the uniformity of the star catalog, especially in the celestial sphere poles due to the proposed density determination algorithm. On the other hand, the use of a proper data density algorithm has increased the likelihood of observing a few stars (such as 3 or 5) in all fields of view used in the Monte Carlo simulation.

    Keywords: star sensor, uniform star catalog, density of scattered data, Clustering