فهرست مطالب

علوم و فناوری فضایی - سال هفدهم شماره 2 (پیاپی 61، تابستان 1403)

نشریه علوم و فناوری فضایی
سال هفدهم شماره 2 (پیاپی 61، تابستان 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/03/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • حسین افتخاری، پدرام حاجی پور*، علی خیردوست، حسن یگانه صفحات 1-15
    منظومه های ماهواره ای شامل مجموعه ای از ماهواره های مشابه هم می باشند که به منظور به انجام رساندن یک ماموریت مشترک در یک الگوی مداری خاص توزیع شده اند. از منظومه های ماهواره ای معمولا برای به انجام رساندن ماموریت هایی مانند مخابرات جهانی، موقعیت یابی جهانی و سنجش از دور استفاده می گردد. در این مقاله با به کارگیری رویکرد علم سنجی به تحلیل و ترسیم ساختار و نقشه های علمی حوزه «منظومه های ماهواره ای» در جهان و همچنین دو کشور پیشرو شامل آمریکا و چین بر مبنای تعداد اسناد پژوهشی منتشر شده در این حوزه پرداخته شده است. علاوه بر این، مقایسه ای بین این دو کشور با کل دنیا نیز صورت گرفته است. جامعه پژوهش شامل کلیه مدارک علمی در حوزه «منظومه های ماهواره ای» است که در پایگاه «اسکوپوس» مابین سال های 1969 تا 2023 میلادی نمایه شده اند. همچنین در این مقاله به ترسیم نقشه های دانشی (زیرحوزه های موضوعی) و نقشه همکاری های بین المللی کشورها با استفاده از نرم افزارهای Bibexcel و VOSViewer نیز اقدام شده است. تعداد مدارک منتشر شده در این دوره زمانی در جهان، آمریکا و چین به ترتیب شامل 14346، 3738 و 3369 مدرک می باشد. یافته های پژوهش نشان می دهد که کشورهای آمریکا، چین، آلمان، ایتالیا و انگلستان، بیشترین میزان تولیدات علمی در این حوزه را به خود اختصاص داده اند. همچنین روند تولید علم در این حوزه در جهان صعودی است که نشان دهنده اهمیت و جذابیت این حوزه علمی است. از منظر نوع مدارک منتشر شده نیز مقالات همایشی بیشترین میزان مدارک منتشر شده در جهان و کشور آمریکا را به خود اختصاص داده اند؛ درحالیکه بیشترین میزان مدارک منتشر شده در کشور چین مربوط به مقالاتی است که در مجلات به چاپ رسیده اند. نهادهای برتر تولید علم در این حوزه در جهان نیز به ترتیب شامل اداره کل ملی هوانوردی و فضا (ناسا)، آکادمی علوم چین، مرکز هوافضای آلمان، دانشگاه ووهان و مرکز تحقیقات و فناوری فضایی اروپا می باشند.
    کلیدواژگان: منظومه های ماهواره ای، علم سنجی، اسکوپوس، نقشه های دانشی
  • رویکرد توسعه آزمایشگاهی در طراحی ساختار کد شبیه سازی شش درجه آزادی حامل های ماهواره
    فاطمه زهرا رحمانی، رضا اسماعیل زاده* صفحه 2

    یکی از مشکلات جاری در توسعه نرم افزارهای شبیه سازی دینامیک، هدایت، کنترل و ناوبری اجسام پرنده، فرایند رشد و ارتقای نرم افزار از فاز طراحی مفهومی یک پروژه تا آخرین مراحل آزمایشگاه سخت افزار در حلقه جسم پرنده است. در این مقاله استانداردها و رویه های لازم مهندسی نرم افزار برای تولید نرم افزار شبیه سازی ماهواره برهای چند مرحله ای صلب چندمنظوره با رویکردی جدید معرفی می گردد تا بتواند بر این مشکل فائق آید. ساختار پیشنهادی RUP برای تولید نرم افزار شبیه سازی شش درجه آزادی، این قابلیت را به نرم افزار می دهد که به سرعت و با کمترین تغییرات در آزمایشگاه های نرم افزار در حلقه و سخت افزار در حلقه مورد استفاده قرار گیرد.

    کلیدواژگان: شبیه سازی شش درجه آزادی، آزمایشگاه نرم افزار در حلقه، آزمایشگاه سخت افزار درحلقه، استانداردهای مهندسی نرم افزار
  • ایمان شفیعی نژاد* صفحات 17-28

    هدف در این پژوهش، بهینه سازی مسیر یک فضاپیمای تراست -کم حامل محموله ی زیستی است. کاهش تنش های تشعشعی کمربند ون آلن، معیار بهینگی مسئله کنترل بهینه انتقال مداری از مدارهای پایین به بالا است. از آنجایی که معیار کمترین تنش تشعشعی معرفی شده در این مقاله جزو معیارهای بهینگی مرسوم نیست، حل مسئله کنترل بهینه فوق پیچیده خواهد بود و از روش بهینه سازی زنبورعسل استفاده شده است. بهینه سازی مسیر در این مقاله، به کمک بازنویسی معادلات حرکت بر اساس متغیر کنترلی و حل دستگاه معادلات جدید حرکتی با کمک بهینه سازی زنبور عسل است. مزیت اصلی روش به کار گرفته شده در این مقاله، استفاده از تئوری کنترل بهینه و روش های بهینه سازی مبتنی بر جمعیت با رویکرد سراسری است. در روش نوین ارائه شده به واسطه باز تعریف دستگاه معادلات دیفرانسیل مسئله کنترل بهینه ساده شده و نتایج حاصل، نشان از دقت و سهولت حل ارائه شده است. بر اساس نتایج به دست آمده در مقایسه معیار بهینه کمترین زمان و کمترین تنش تشعشعی مطرح در این مقاله، معیار کمترین تشعشع سبب افزایش %8.89 در زمان انتقال می شود. اما از طرف دیگر، سبب کاهش دریافت تشعشعات مغناطیسی خواهد شد که این مسئله در انتقال مداری های بالا حائز اهمیت است.

    کلیدواژگان: کنترل بهینه، تراست کم، بهینه سازی زنبور عسل، تنش های تشعشعی، ون آلن
  • رضا امجدی فرد*، احسان موسیوند، فرهاد باقراسکویی، شهاب کرباسیان، احسان کوثری صفحات 29-38
    فرآیند شناسایی و اولویت بندی فناوری های چالشی در توسعه فناوری های کلیدی در ساخت یک ماهواره به منظور توسعه بومی، یک فرآیند چند مرحله ای و رفت و برگشتی خواهد بود که نیازمند استفاده از خرد جمعی و دخیل کردن نظرات کلیه ذینفعان در کنار استفاده از روش های تحلیلی به منظور شناسایی الزامات و ارزیابی گزینه ها است. این فرآیند با شناسایی افراد خبره در هر حوزه تخصصی شروع شده و در ادامه با استخراج داده های مورد نیاز و ارزیابی آنها به اولویت بندی گزینه های فناوری، شناسایی فناوری های چالشی و استراتژی اکتساب مورد نیاز و در نهایت اولویت بندی آنها ختم می گردد. در این مقاله روشی به منظور شناسایی و اولویت بندی فناوری های اساسی زیرسیستم توان الکتریکی در یک ماهواره پیاده سازی شده تا به کمک نتایج آن درخصوص توسعه بومی فناوری های ضروری زیرسیستم فوق تصمیم گیری و اقدام نمود. به منظور ارزیابی بهتر نتایج، اجزای زیرسیستم توان به سه دسته که شامل منابع تولید انرژی، منابع ذخیره ساز انرژی و نهایتا مدارهای الکترونیکی می باشند، تقسیم بندی شده اند. نتایج حاصل از اجرای روش پیشنهادی حاکی از مناسب بودن روش پیشنهادی است. می توان از این روش برای سایر زیرسیستم ها یا در سطوح پائین تر نیز استفاده نمود.
    کلیدواژگان: زیرسیستم توان الکتریکی، فناوریهای فضایی، اولویت بندی، تصمیم گیری چند معیاره، روش جمع وزنی
  • میلاد عظیمی* صفحات 39-51
    این مقاله به مدلسازی نیمه تحلیلی دینامیک کوپل تلاطم-مخزن و تحلیل پایداری سیستم در قالب یک سیستم چندجسمی پرداخته است. حرکت سیال درون مخزن با استفاده از مدل آونگ معادل مدلسازی شده است. معادلات غیرخطی حرکت مخزن که در معرض تحریکات جانبی و طولی قرار گرفته (نوسانات فشاری) با استفاده از روش لاگرانژین استخراج شده است. در این مدل اثر پارامترهای موثر بر تلاطم (میرایی، فرکانس و دامنه تحریک) بازاء دو مختصات در داخل و خارج از ناحیه پایداری برای تحلیل رفتار سیستم مورد مطالعه قرار گرفته است. شبیه سازیهای انجام شده در قالب نمودارهای پایداری، دیاگرام فازی و دامنه نوسانات سیال با استفاده از روش نیمه تحلیلی هوموتوپی پرتوربیشن و روش عددی رانگ-کوتا ارائه شده است. نشان داده شده است که میرایی لزج در مقایسه با سایر پارامترهای موثر، مختصات واقع در منطقه ناپایدار را نزدیک به نواحی پایدار می کند. نتایج در قالب یک مطالعه مقایسه ای، رویکردی موثر برای بررسی رفتار غیرخطی دینامیک تلاطم سیال درون مخازن و میزان اثر پارامترهای موثر بر پایداری سیستم خواهد بود.
    کلیدواژگان: تلاطم، تحلیل پایداری، مدل معادل آونگی، هوموتوپی پرتوربیشن، رانگ-کوتا
  • حمیدرضا علی محمدی*، حسن ناصح صفحات 53-65

    دستیابی به فناوری های نوین با قابلیت اطمینان بالا، همراه با کاهش هزینه و زمان چرخه طراحی، یکی از مهمترین چالش های صنایع پیچیده می باشد. در این مقاله به طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان یک سامانه فضایی در فاز طراحی مفهومی پرداخته می شود. بطور معمول در طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان، هشت گام اصلی وجود دارد، اولین گام، طرح ریزی و هفت گام بعدی طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان موتور سوخت مایع الکتروپمپ را می توان در قالب گام های تعیین مدهای شکست؛ مدل سازی قابلیت اطمینان؛ تخصیص قابلیت اطمینان؛ انتشار عدم قطعیت؛ پیاده سازی روش انتخابی در تحلیل قابلیت اطمینان؛ پیش بینی قابلیت اطمینان و ارزیابی قابلیت اطمینان بیان نمود. از این رو در این پژوهش، به نحوه تحقق و گام های پیاده سازی طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان در فاز طراحی مفهومی یک سامانه فضایی پرداخته شده است

    کلیدواژگان: محصولات پیچیده، سامانه فضایی، موتور سوخت مایع، الکتروپمپ، قابلیت اطمینان، گام های پیاده سازی، طراحی مفهومی
  • سید جواد موسوی ترکمانی*، مهدی جعفری، رضا زردشتی صفحات 67-78

    در سالهای اخیر علاقه به استفاده از منظومه های ماهواره های کوچک به دلیل کاهش هزینه و زمان و همچنین قابلیت های بیشتر ماهواره های کوچک، افزایش یافته است. این در حالی است که امروزه به دلیل هزینه های زیاد پرتاب، استراتژی های روانه سازی جدید جایگزین روش های سنتی روانه سازی منظومه ها به مدارهای هدف شده اند. بسته به ماموریت منظومه روش های مختلفی برای پرتاب و روانه سازی ماهواره ها در مدار ماموریت ارائه شده اند که در یک تقسیم بندی کلان در یکی از دو دسته مستقیم یا غیرمستقیم قرار می-گیرند. در این مقاله یک روش غیرمستقیم برای روانه سازی ماهواره های یک منظومه به چند صفحه مداری مورد بررسی قرار گرفته است که روشی بهینه بوده و اساس آن، تغییر صفحات مداری با استفاده مثبت از اختلال عدم کرویت زمین در کنار استفاده از زیرسیستم پیشرانش ماهواره است. این روش برای دو منظومه ماهواره ای واقعی با ماموریت های سنجش از دور و ارائه اینترنت جهانی شبیه سازی شده و مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین بر مبنای این روش، استراتژی پرتاب و روانه سازی برای یک منظومه ناوبری ماهواره ای منطقه ای با پوشش کشور ایران و با 130 ماهواره، طراحی و پیاده سازی شده است. نتایج به دست آمده از نظر زمان لازم برای روانه سازی و ΔV موردنیاز مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: منظومه های ماهواره ای، روانه سازی منظومه، تقدم گره، عدم کرویت زمین، مانور تغییر صفحه
|
  • Hossein Eftekhari, Pedram Hajipour *, Ali Kheirdoost, Hassan Yeganeh Pages 1-15
    Satellite constellations include a set of similar satellites that are distributed in a specific orbital pattern to accomplish a common mission. The satellite constellations are commonly used to accomplish missions such as global telecommunications, global positioning, and remote sensing. In this article, by using scientometric approach, the structure and scientific maps of field of "satellite constellations" in the world, as well as two leading countries, including United States and China, have been analyzed based on research documents published in this field. In addition, a comparison has been made between United States, China and the world. The research community includes all scientific documents in the field of "satellite constellations" that have been indexed in the "Scopus" database between 1969 and 2023 AD. Moreover, in this article, knowledge maps (thematic subfields) and international cooperation maps of countries have been drawn using Bibexcel and VOSViewer software. The number of documents published in this time period in the world, United States and China includes 14346, 3738 and 3369 documents, respectively. The findings of the research show that United States, China, Germany, Italy and England are leading in this field. Also, the trend of Scientific productions in this field in the world is on the rise, which shows the importance and attractiveness of this scientific field. Conference papers have the largest amount of documents published in the world and the United States; While the most documents published in China are related to articles published in journals. The top scientific production institutions in this field in the world include the National Aeronautics and Space Administration (NASA), the Chinese Academy of Sciences, the German Aerospace Center, Wuhan University, and the European Space Research and Technology Center, respectively.
    Keywords: Satellite Constellations, Scientometrics, Scopus, Knowledge Maps
  • Laboratory development approach in a 6DoF Launch Vehicle simulation Design
    Fateme Zahra Rahmani, Reza Esmaelzade * Page 2

    One of the current problems in the development of simulation software of flying objects is the process of software development and development from the concept design phase of a project to the final stages of the hardware in the loop. In this paper, the necessary software engineering standards and procedures for the production of rigid multi-stage launch vehicle simulation software with a new approach are introduced in order to overcome this problem. The proposed RUP structure for the production of software with six degrees of freedom simulation software's ability to be used quickly and with minimal modifications in loop software and loop hardware labs.

    Keywords: 6Dof Simulation, Software In The Loop, Hardware In The Loop, Software Engineering Standards
  • Iman Shafieenejad * Pages 17-28

    The aim of this research is to optimize the trajectory of a low-trust spacecraft carrying biological cargo. Reducing the radiation stresses of the Van Allen belt is the optimal criterion of the optimal control problem of the orbital transfer from the low orbits to the high orbits. Since the minimum radiation stress criterion introduced in this article is not among the conventional optimality criteria, solving the above optimal control problem will be complicated and the honey bee optimization method has been used. The optimization of the path in this article is done by rewriting the motion equations based on the control variable and solving the new motion equations with the help of bee optimization. The main advantage of the method used in this problem is the use of optimal control theory and population-based optimization methods with a global approach. In the presented new method, the optimal control problem is simplified by redefining the differential equation system, and the results show the accuracy and ease of solution. Results of the optimal criterion of the minimum time and the minimum radiation stresses presented in this article, the criterion of the minimum radiation causes an increase of 8.89% in the transfer time.

    Keywords: Optimal Control, Low Thrust, Artificial Bee Colony Optimization, Radiation Stresses, Van Allen
  • Reza Amjadifard *, Ehsan Mousivand, Farhad Bagheroskuee, Shahab Karbasian, Ehsan Kosari Pages 29-38
    The prioritization and verification of space emerging technologies is a multi-step, iterative process that needs to collective intelligence (the participation of all stakeholders), as well as the use of analytical methods to identify requirements. This process begins with identifying specialists who have enough knowledge and experience regarding to each technology, and followed by extracting and evaluating the necessary data, prioritizing technology options, identifying challenging technologies and the essential acquisition strategy, and finally prioritizing them. In this article, we implemented a method to identify and prioritize some space technologies which could be used in the electrical power subsystem (EPS) of a satellite. Based on the results, it would be possible to choose the best method to access the required technology; national development or benefiting of available technology in the market. To evaluate the suggested method, the power subsystem components are divided into three categories: electrical power generation sources, energy storage sources, and power electronic circuits. Applying the proposed method shows that the selected technologies are those is recently used in space. This method can also be applied to other subsystems.
    Keywords: Electrical Power Subsystem, Space Technologies, Prioritization, Multiple Criteria Decision Making, Simple Additive Weighting
  • Milad Azimi * Pages 39-51
    This paper deals with semi-analytical modeling and stability analysis of a coupled slosh-tank dynamics as a multibody system using the Homotopy Perturbation Method (HPM). The sloshing motion of the liquid inside the tank is considered as the equivalent pendulum model. The nonlinear equations of the motion under lateral and longitudinal excitations (compressive oscillations) are derived using the Lagrangian approach. In this model, the effects of essential parameters such as viscous damping, amplitude, and frequency of the excitation are studied for two typical points inside and outside the stability regions. It has been shown that viscous damping, compared to other principle parameters, brings the points located in the unstable region closer to the stable region. The simulations in terms of stability diagrams, phase portraits, and time histories of sloshing amplitude are achieved using HPM and compared to the numerical Runge-Kutta method to follow the stability phenomena and highlight the analytical approach's validity.
    Keywords: Sloshing, Stability Analysis, Pendulum Equivalent Model, Homotopy Perturbation Method, Runge-Kutta
  • Hamidreza Ali Mohamadi *, Hassan Naseh Pages 53-65

    Achieving to new technologies with high reliability, along with reducing the cost and time of the design cycle, is one of the most important challenges in complex systems. In this paper, reliability based design of a space system is discussed in the conceptual design phase. Normally, there are eight steps in the design for reliability. The first step, planning, and the next seven steps that applied for the liquid propellant engine with electro-pump technology included: determination of failure modes; reliability modeling; reliability allocation; propagation of uncertainty; Implementation of the chosen method in reliability analysis; reliability prediction and reliability evaluation. Therefore, in this research has been performed to achieved method and implementation steps of reliability design in the conceptual design phase of a space system.

    Keywords: Complex Systems, Space Systems, Liquid Propellant Engine, Electro-Pump-Fed Engine, Reliability, Implementation Steps, Conceptual Design
  • Seid Javad Mousavi Torkamani *, Mehdi Jafari, Reza Zardashti Pages 67-78

    In recent years, the interest in using small satellite constellations has increased due to the reduction of cost and time as well as the greater capabilities of small satellites. This is despite the fact that today, due to high launch costs, new launch strategies have replaced the traditional methods of launching constellations to mission orbits. Depending on the mission of the constellation, various methods have been proposed for launching and deploying satellites in the mission orbit, which are classified in one of two categories, direct or indirect. In this paper, an indirect method for deploying the satellites of a constellation to several orbital planes has been investigated. This method is based on changing the orbital planes with the positive use of the earth's oblateness perturbation in addition to using the satellite propulsion subsystem. This method has been simulated and analyzed for two real satellite constellations with remote sensing and global internet missions. Also, based on this method, the launch and deployment strategy for a regional satellite navigation system covering Iran with 130 satellites has been designed and implemented. The obtained results have been analyzed in terms of the time required for the launch and the required ΔV.

    Keywords: Satellite Constellations, Constellation Deployment, Nodal Precession, Earth Oblateness, Out-Of-Plane Maneuvers