فهرست مطالب

نشریه علوم و فناوری فضایی
سال پانزدهم شماره 3 (پیاپی 53، پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/02/16
  • تعداد عناوین: 9
|
  • مرتضی طایفی*، رامین کمالی مقدم صفحات 1-10
    برای ایجاد درگ و کاهش سرعت در فاز ورود به جو کاوشگرهای فضایی، می توان بدون استفاده از مکانیزم های اضافی از خود بدنه کاوشگر به طور مطلوب استفاده نمود. رویکردی که در این مقاله تجزیه و تحلیل می شود عبارت است از جدایش دماغه و سپس پایداری جسم استوانه ای در مود افقی یا عمودی با کمک تنظیم محل مرکز جرم. در ابتدا با حل عددی، جسم استوانه ای در شرایط پروازی ورود به جو شبیه سازی آیرودینامیکی می شود و محل مرکز جرم برای رسیدن به هر کدام از حالت های پایداری طراحی می شود. سپس با توسعه معادلات حرکت شش درجه آزادی بازگشت به جو و استفاده از ضرایب و مشتقات آیرودینامیکی محاسبه شده توسط دتکام، پارامترهای پروازی شامل سرعت، شتاب، ارتفاع، زاویه حمله و عدد ماخ برای هر دو حالت مقایسه و ارزیابی می شوند. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که بازیابی افقی قادر است شرایط مطلوب تری را برای باز شدن چتر و فرود ایمن ایجاد کند. از جمله این شرایط، سرعت حدی محموله در فاز فرود هست که برای مود افقی مقدار کمتری نسبت به مود عمودی دارد.
    کلیدواژگان: پرواز ورود به جو، کاوشگر فضایی، بدنه استوانه ای، پایداری افقی و عمودی
  • محسن ابراهیمی، امیر فرهاد احیائی* صفحات 11-22
    در این مقاله ضمن بررسی و تحلیل مدل حرکتی مانوردار برای هدف، روش جدیدی مبتنی بر روش چند مدلی IMM برای حل مسیله ی ردیابی در حضور نویز اندازه گیری ارایه می شود. در این روش دو مدل به کار می-رود که برای هر مدل از یک صافی کالمن توسعه یافته برای تخمین حالت مربوط به مدل تصادفی هدف استفاده می شود. تخمین نهایی حالت مربوط به حرکت هدف متشکل از حالت های این دو مدل است؛ به این صورت که برای هر مدل وزن خاصی به صورت تطبیقی محاسبه می شود و تخمین نهایی هدف از جمع وزن دار حالت های مربوط به هر مدل بدست می آید. در این مقاله برای تخمین بهتر از مدل های مارکوف مرتبه دوم برای توصیف رفتار سیستم استفاده شده است که منجر به کاهش تعداد مدل های حرکتی مورد نیاز می شود. به این معنی که برای تصمیم گیری برای مدل بعدی از دو مدل قبل کمک گرفته می شود و الگوریتمی به مراتب بهتر از الگوریتم IMM مرتبه اول ارایه می شود.
    کلیدواژگان: ردیابی هدف، روش IMM، مدل مارکوف، فیلتر کالمن توسعه یافته
  • سمیه کریم پور*، جواد سدیدی، سید محمد توکلی صبور صفحات 23-32

    یادگیری عمیق یک روش مدرن پردازش تصویر و تجزیه و تحلیل داده ها می باشد که با داشتن نتایج امیدوارکننده و پتانسیل بالا، وارد حوزه مدیریت شهری شده است. هدف از تحقیق حاضر، بررسی تکنیک های داده افزایی در بهبود نتایج قطعه بندی ساختمان ها با استفاده از تصاویر هوایی با قدرت تفکیک مکانی بالا و روش یادگیری عمیق می باشد. برای این منظور از مجموعه داده ساختمان MSB و مدل MapNet استفاده شد. مدل در سه مرحله بدون داده افزایی، با داده افزایی تبدیلات هندسی و با داده افزایی تبدیلات هندسی و فتومتریک مورد آموزش و ارزیابی قرار گرفت. نتایج ارزیابی مدل نشان داد که با استفاده از تکنیک های داده افزایی تبدیلات هندسی معیارهای ارزیابی امتیاز اف-یک و IoU به ترتیب به میزان 5/0 و 55/0 درصد و با استفاده از تکنیک-های داده افزایی تبدیلات هندسی و فتومتریک به میزان 41/1 و 57/1 درصد افزایش پیدا کرد. این افزایش به صورت بصری در بهبود قطعه بندی مناطق متراکم ساختمان و ناپیوستگی ساختمان های بزرگ مقیاس مشاهده شد.

    کلیدواژگان: تبدیلات فتومتریک، تبدیلات هندسی، تصاویر هوایی، داده افزایی، قطعه بندی، یادگیری عمیق
  • سید رشاد روح الامینی*، محمدعلی امیری فر، علیرضا رجبی، نورالدین قدیری معصوم صفحات 33-48

    در این مقاله، با ایجاد و توسعه یک کد مبتنی بر روابط ترمودینامیک و دینامیک گاز، مشخصه های عملکردی یک رانشگر تک پیشرانه هیدرازینی یک نیوتنی نظیر نیروی تراست، ضربه ویژه، سرعت مشخصه خروجی، و دبی جرمی پیشرانه برحسب دمای محفظه واکنش به صورت نظری مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا، با در نظر گرفتن فرض آدیاباتیک، دمای محفظه واکنش تراستر تک پیشرانه به صورت صفر بعدی با استفاده از نرخ تجزیه آمونیاک به عنوان یک متغیر مستقل در شرایط تعادلی و غیر تعادلی و به صورت یک بعدی با استفاده از ثابت نرخ واکنش های همگن و ناهمگن تجزیه هیدرازین و آمونیاک بررسی و تحلیل گردیده است. همچنین، اثر انبساط حرارتی گلوگاه نازل بر فشار محفظه واکنش، نیروی تراست، و دبی جرمی پیشرانه و اثر فشار محفظه واکنش بر نرخ تجزیه آمونیاک و به تبع آن بر دمای آدیاباتیک محفظه واکنش در شرایط تعادل ترمودینامیکی مورد مطالعه قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: رانشگر تک پیشرانه، هیدرازین، نرخ تجزیه آمونیاک، مشخصه های عملکردی، دمای محفظه واکنش
  • آرمین عضدی، میثم محمدی امین*، سعید محمودخانی صفحات 49-67
    در این مقاله، تحلیل حوزه فرکانس پایداری آیروالاستیک بدنه حامل فضایی در شرایط پرواز ابتدای پرتاب روی طیف وسیعی از پارامترهای هندسی، مشخصه های سازه ای و سایر پارامترها نظیر نیروی پیشران صورت گرفته است. مدل آیروالاستیک با درنظر گرفتن مودهای فرضی و آیرودینامیک شبه پایا ایجاد گردیده است. توزیع فشار جریان مادون صوت روی جسم سه بعدی توسط روش اجزای مرزی محاسبه شده است. مدل سازه تیر اویلر- برنولی غیریکنواخت با اتصالات داخلی فنر پیچشی و شرایط مرزی دوسر-آزاد است که تحلیل مودال آن به روش تفاضل محدود صورت گرفته است. نتایج حاصل نشان می دهند تغییر در اندازه پارامترهای هندسی و سازه ای، ضمن آنکه موجب جابجایی مرز ناپایداری آیروالاستیک می شود، ممکن است نوع ناپایداری را نیز تغییر دهد (از واگرایی به فلاتر) که علت اصلی آن، جابجایی اولین و دومین ناپایداری سیستم آیروالاستیک با یکدیگر است. علاوه بر آن، نشان داده شد نیروی دنبال کننده پیشران پایداری آیروالاستیک را محدودتر می نماید، اما نوع ناپایداری سیستم را تغییر نمی دهد.
    کلیدواژگان: آیرودینامیک مادون صوت، مدل تیر، حامل فضایی، ناپایداری آیروالاستیک، نیروی دنبال کننده
  • مهسا جواهری پور، احمدرضا ولی*، وحید بهنام گل، فیروز الله وردی زاده صفحات 69-81

    یکی از روش های پرکاربرد در مسیله هدایت اجسام پرنده، ناوبری تناسبی می باشد. این روش برای محاسبه دستور هدایت به نرخ چرخش خط واصل بین رهگیر و هدف نیاز دارد. به دلایل متعدد از جمله کاهش هزینه، برای اندازه گیری اطلاعات رهگیری از جمله زاویه خط دید از حسگرهای ساده استفاده می-شود. بنابراین برخی اطلاعات غیر قابل اندازه گیری از قبیل سرعت زاویه ای خط دید می بایست با استفاده از روابط ریاضی تخمین زده شوند. با توجه به نویزی بودن و مشکلات دیگر، استفاده از مشتق گیر در این شرایط مطلوب نیست. از این رو در این مقاله از رویتگر غیرخطی توسعه یافته برای تخمین سرعت زاویه ای خط استفاده می شود. به دلیل غیرخطی بودن دینامیک حاکم بر مسیله رهگیری اجسام پرنده، رویتگر پیشنهادی از نوع غیرخطی انتخاب شده است. با انجام یک شبیه سازی کامپیوتری، صحت عملکرد رویتگر پیشنهادی نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: رهگیری اجسام پرنده، رویتگر غیرخطی توسعه یافته، سرعت زاویه ای خط دید
  • حسن ناصح*، مصطفی جعفرپناه صفحات 83-96
    هدف از این مقاله، ارایه روشی به منظور تخمین و بهینه سازی هزینه ی سامانه های پیشرانش فضایی می باشد. در این راستا، انتخاب سامانه پیشرانش بهینه (از منظر نوع سوخت و اکسیدکننده) با هدف افزایش کارآیی و کاهش هزینه صورت پذیرفته است. همچنین هزینه نیروی انسانی و زمان توسعه فناوری سامانه پیشرانش براساس میزان تاثیر حقوق در انگیزه ی نیروی انسانی بهینه سازی شده است. برای این منظور، در این مقاله، روندنمای تخمین هزینه سامانه پیشرانش و بهینه سازی هزینه نیروی انسانی با توابع هدف زمان و هزینه تدوین و پیشنهاد شده است. روندنمای پیشهادی دارای دو گام اصلی می باشد. در گام نخست این روندنما، تخمین هزینه برای هفت نمونه از زوج های سوخت و اکسیدکننده ی صورت می پذیرد. در گام دوم نیز، با توجه به سامانه پیشرانش بهینه مستخرج از گام قبلی طراحی، هزینه نیروی انسانی و زمان انجام پروژه تخمین و بهینه سازی می شود. توابع هدف در این بهینه سازی زمان و هزینه ی توسعه فناوری سامانه پیشرانش می باشد.
    کلیدواژگان: تخمین هزینه، بهینه سازی هزینه و زمان، نیروی انسانی، انگیزه، سامانه ی پیشرانش، فضایی
  • امید شکوفا*، فرهاد باقر اسکویی، رضا امجدی فرد صفحات 97-113
    در این مقاله برای اولین بار امکان استفاده از آرایه های خورشیدی دارای متمرکزکننده، در کنار سایر ساختارهای رایج آرایه های خورشیدی برای ماهواره های مکعبی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور هفت ساختار مختلف آرایه های خورشیدی برای بیش از 24 پیکربندی مختلف ماهواره های مکعبی از ابعاد 0.25U تا 27U تعریف و پیاده سازی شده اند. آنگاه با محاسبه پارامترهای سیستمی مهمی نظیر چگالی توان تولیدی آرایه های خورشیدی، هزینه توان تولیدی، قابلیت اطمینان آرایه های خورشیدی و همچنین یک پارامتر پیشنهادی، به نام فاکتور تناسب شکل، کارآمدی این ساختارها برای پیکربندی معرفی شده ارزیابی و با یکدیگر مقایسه شده اند. برای ارزیابی میزان کارآمدی، یک تابع هزینه متشکل از چهار پارامتر مذکور با ضرایب منطقی تعریف شده و مقایسه های لازم انجام گرفته است. نتایج نشان می دهد که در کنار استفاده از آرایه های خورشیدی بازشونده، آرایه های خورشیدی دارای متمرکزکننده می تواند علاوه بر رفع چالش تولید توان کافی، قابلیت های جدیدی برای ماهواره های مکعبی کوچک فراهم نماید.
    کلیدواژگان: ماهواره مکعبی، زیرسیستم توان الکتریکی، آرایه خورشیدی، متمرکز کننده، پارامترهای سیستمی
  • سجاد داوری، حدیثه کریمایی* صفحات 115-125

    در این پژوهش ابتدا طراحی و شبیه‏سازی انژکتور کاپیلاری تک و سپس طراحی و شبیه‎سازی صفحه انژکتور دایروی سه سوراخه یک میکرورانشگر تک‎مولفه ای هیدرازینی 10 نیوتنی انجام گرفت. به منظور شبیه‏سازی انژکتور و صفحه انژکتور روش حجم سیال (VOF) بکار گرفته شد و آشفتگی جریان هم با استفاده از مدل k-ε شبیه‏سازی شد. با بررسی نتایج، مشخص گردید انژکتور و صفحه انژکتور طراحی شده توانایی تامین دبی جرمی مورد نظر میکرورانشگر را در اختلاف فشار معین طراحی دارند. از این رو ابعاد نهایی برای ساخت و استفاده در رانشگر تک مولفه ای هیدرازینی 10 نیوتنی انتخاب شدند. در نسخه قبلی این تراستر 10 نیوتنی، از انژکتور جریان پیچشی با پاشش چتری توخالی استفاده شده بود. اما در طرح جدید با انژکتور کاپیلاری به دلیل چتر کوچک و توپر انژکتور، طراح محفظه کاتالیستی قادر است تا ابعاد محفظه را به اندازه چشمگیری کاهش دهد که هم حجم کاتالیست مصرفی گران‎قیمت ایریدیوم کاهش می‏‎یابد و هم بالتبع ابعاد و وزن تراستر کاهش می‎یابد.

    کلیدواژگان: انژکتور کاپیلاری، صفحه انژکتور، رانشگر تک مولفه ای، رانشگر هیدرازینی، کم پیشران
|
  • Morteza Tayefi *, Ramin Kamali Moghadam Pages 1-10
    To create drag and reduce the speed of space payloads in the phase of entering the atmosphere, the payload body itself can be used as brake mechanisms without using additional tools. The approach analyzed in this paper is the separation of the nose and then the stability of the cylindrical body in horizontal or vertical mode. First, bynumerical solution, the cylindrical body is aerodynamically simulated in the flight conditions entering theatmosphere, and the location of the center of mass is designed to achieve static stability. Then, by developing the equations of motion of atmospheric reentry using aerodynamic coefficients and derivatives calculated by DATCOM, the flight parameters for both modes are compared and evaluated. The simulation results show that the horizontal flight is more efficient and is able to create better conditions for opening the parachute and landing. Another advantage of atmospheric reentry flight in horizontal mode is the proper distribution of aerodynamic heating and reduction of heat load in certain points of the payload.
    Keywords: Reentry flight, Space Capsule, cylindrical body, static, dynamic stability
  • Mohsen Ebrahimi, Amir Farhad Ehyaei * Pages 11-22
    In this paper, in addition to investigation and analyzing the dynamic model of a maneuver target, a new method based on the Interaction Multiple Model (IMM) method is presented to solve the tracking problem in presence of measurement noise. In this procedure, two models are used along with an extended Kalman filter for each model, for estimation of the states related to stochastic target model. To this end, a specific weight is calculated adaptively for each model and the final estimation of the target is obtained from the weighted sum of the modes related to each model. In this paper, second order Markov models are used to better describe the system behavior which leads to a decrease in the number of required motion models. This means that the previous two models are used to decide on the next model, and a much better algorithm is provided than the first-order IMM algorithm.
    Keywords: Target Tracking, IMM method, Markov model, Extended Kalman Filter
  • Somaye Karimpour *, Javad Sadidi, Seyed Mohammad Tavakoli Saboor Pages 23-32

    Deep learning is a modern method of image processing and data analysis that has entered the field of urban management with promising results and high potential. The purpose of this study is to investigate data augmentation techniques in improving the results of segmentation of building using aerial images with high spatial resolution and deep learning method. For this purpose, MSB building data set and MapNet model were used. The model was trained and evaluated in three stages without data augmentation, with data augmentation of geometric transformations and with data augmentation of geometric and photometric transformations. The results of model evaluation showed that using geometric transformations as data enhancement techniques, F-1 and IoU score evaluation criteria have increased by 0.5 and 0.55%, respectively, and using data techniques Incremental geometric and photometric transformations increased by 1.41 and 1.57 percent. This increase was visually observed in the improvement of the segmentation of dense areas of the building and the discontinuity of large-scale buildings.

    Keywords: Photometric transformations, Geometric transformations, aerial images, Data Augmentation, Segmentation, Deep Learning
  • Seyyed Rashad Rouholamini *, MohammadAli Amirifar, Alireza Rajabi, Nooredin Ghadiri Massoom Pages 33-48

    In this paper, by creating and developing a code based on thermodynamics and gas dynamics equations, the performance characteristics of a 1N hydrazine monopropellant thruster such as thrust force, specific impulse, characteristic exhaust velocity, and propellant mass flow rate have been studied theoretically in terms of reaction chamber temperature. In this regard, by taking into account the adiabatic assumption, the reaction chamber temperature of monopropellant thruster has been analyzed zero-dimensionally using the ammonia dissociation rate as an independent variable under equilibrium and non-equilibrium conditions and it has been analyzed one-dimensionally using the hydrazine and ammonia homogeneous and heterogeneous reaction rate constants. Also, the effect of nozzle throat thermal expansion on reaction chamber pressure, thrust force, and propellant mass flow rate and the effect of reaction chamber pressure on ammonia dissociation rate and consequently on reaction chamber adiabatic temperature under thermodynamic equilibrium conditions have been studied.

    Keywords: Monopropellant thruster, Hydrazine, Ammonia dissociation rate, Performance characteristics, Reaction chamber temperature
  • Armin Azodi, Meysam Mohammadi-Amin *, Saeed Mahmoudkhani Pages 49-67
    In the present work, the frequency-domain aeroelastic stability analysis of space launch vehicle body in the flight condition of initial launch phase is presented for a range of geometric parameters, structural characteristics, and other parameters such as thrust force. The aeroelastic model is derived using structural assumed modes and quasi-steady aerodynamics. The pressure distribution of subsonic flow on the 3D configuration is determined by boundary element method. Non-uniform Euler-Bernoulli beam including torsion spring junctions along the body with free-free ends is used to model the structure, and its modal analysis is performed by finite difference method. Concluded results illustrate variation in parameters not only could vary the aeroelastic instability boundary, but also might cause the instability type changed (from divergence to flutter), which its main reason is replacement the second instability of the aeroelastic system with the first one. Furthermore, it is demonstrated that the follower thrust force restricts the aeroelastic stability but maintains the instability type.
    Keywords: Aeroelastic Instability, Beam Model, Follower force, space launch vehicle, Subsonic Aerodynamics
  • Mahsa Javaheri Pour, AhmadReza Vali *, Vahid Behnam Gol, Firouz Allahverdizadeh Pages 69-81

    Proportional navigation is one of the most widely used methods in guiding flying objects. This method requires the rotation rate of the line between the interceptor and the target to calculate the guidance command. For a variety of reasons, including cost savings, simple sensors are used to measure tracking information, including line of sight angle. Therefore, some non-measurable information such as the angular velocity of the line of sight must be estimated using mathematical equations. Due to the noise and other problems, the use of derivatives is not desirable in this situation. Therefore, in this paper, an extended nonlinear observer is used to estimate the angular velocity of the line. Due to the nonlinear dynamics of the intercepting of flying objects, a nonlinear type of observer has been selected. By performing a computer simulation, the correct operation of the proposed observer is shown.

    Keywords: flying object intercepting, nonlinear extended state observer, line of sight rate
  • Hassan Naseh *, Mostafa Jafarpanah Pages 83-96
    The purpose of this paper is to present the cost estimation and optimization of space propulsion systems. Thus, choosing optimal propulsion system (from fuel and oxidizer aspect) is done in order to increase the efficiency and decrease the cost. Also, human resource cost and technology development time based on the consideration of labor cost effect on the personals motivation have been optimized. To this end, cost estimation and optimization algorithm has been drawn and suggested. The suggested algorithm has two steps. The first step in the algorithm is concern to cost estimation for seven fuel and oxidizer components. In the second step, labor cost and project implementation time is estimated and optimized based on the optimal space propulsion system derived from the previous step. Here, the objective functions are propulsion system technology development cost and time. On the other hand, the purpose is to consider the salary enhancement and consequently efficiency enhancement, time decrease and cost decrease.
    Keywords: cost estimation, Cost, Time Optimization, human resource, Motivation, Propulsion Systems, Space
  • Omid Shekoofa *, Farhad Bagheroskouei, Reza Amjadifard Pages 97-113
    In this paper, the feasibility and performance of using solar arrays equipped with sun concentrators, along with other conventional solar array structures, in CubeSats, is investigated for the first time. For this purpose, seven different structures of solar arrays have been defined and implemented for more than 24 different CubeSat configurations from 0.25U to 27U. Then, by calculating important system-level parameters such as power generation density, power generation cost, reliability of solar arrays, and also a newly proposed parameter, called shape fit factor, the performance of these structures for the introduced configurations are evaluated and compared. To this end, and by considering rational coefficients, a cost function consisting of the four above-mentioned parameters is defined as the degree of merit of different solar array structures used in each CubeSat configuration. The results show that alongside the use of deployable solar arrays, using concentrating solar arrays can provide new capabilities for CubeSats to overcome the challenge of generating sufficient power.
    Keywords: CubeSat, Electrical power subsystem, solar array, Concentrator, System-level Parameter
  • Hadiseh Karimaei Pages 115-125

    In this research, design and simulation of a single capillary injector and three-hole circular injector plate of a 10N Hydrazine monopropellant thruster were performed. Ansys Fluent software was used to simulate the injector and injector plate . Volume of fluid (VOF) method was used to simulate such a flow and turbulence was simulated by k-e model. The characteristics of the injector and injector plate including mass flow rate and average velocity in the injector nozzle were calculated by changing the inlet pressure. The results showed that the injector and the injector plate have the ability to supply the desired mass flow rate of the monopropellant thruster at a known design pressure. In fact the capillary injector has replaced swirl injector with hollow cone spray used in the previous version of this thruster. The dimension of the chamber was significantly reduced by using the capillary injector, which reduces both the volume of the expensive iridium catalyst and weight of the thruster.

    Keywords: Capillary injector, injector plate, Monopropellant thruster, Hydrazine thrusters, Low thrust