26532

توسعه روشهاي استقرار منظومه هاي ماهوارهاي چند صفحه اي با استفاده از مفهوم حركت تقديمي گره صعودي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي ـ ديناميك كنترل

1397

1400/7/8

كامران دانشجو

مجيد بختياري

مهندسي مكانيك

استقرار منظومه ماهواره¬اي چندصفحه¬اي تبديل به چالشي جديد در ماموريت¬هاي برنامه فضايي تبديل شده است زيرا همه راه حل هاي مستقيم از جمله مانورهاي تغيير صفحه و پرتاب هاي جداگانه زمان بر و هزينه بر است. راه حل پيشنهادي براي اين چالش، پرتاب همزمان چندين ماهواره و استقرار آنها با استفاده از اغتشاشات گرانشي زمين است. با استفاده از اين راه حل، تنها مانور ماهواره¬اي درون صفحه اي براي استقرار مجموعه اي از ماهواره ها در چندين صفحه مداري كافي است. هدف از اين مطالعه گسترش و توسعه روشهاي فعلي است كه از مفهوم تقدم گره اي براي استقرار منظومه ماهواره اي چند صفحه اي با تنها يك پرتاب استفاده مي كند تا طيف وسيع تري از ماموريت هاي فضايي را پوشش داده، زمان و مصرف سوخت فرآيند استقرار را به صورت رياضي مدلسازي نموده، روشها را به صورت چند هدفه بهينه كرده و تجزيه و تحليل كامل و مقايسه بين آنها را ارائه دهد. دو روش كلي در اين مطالعه پيشنهاد شده است. اول، كه همه ماهواره ها را در مدار پاركينگ قرار مي دهد و آنها را به طور متوالي در مدارهاي نهايي خود تزريق مي كند، و ديگري كه ابتدا آنها را در مدارهاي مختلف قرار داده و پس از مدت زمان مشخص، آنها را به مدار نهايي خود مي رساند. يافته هاي فرايند بهينه سازي نشان مي دهد كه روشي كه همه ماهواره ها را در فرآيند استقرار به طور همزمان درگير مي كند و از اين طريق از پتانسيل كامل پيشروي گره اي همه آنها استفاده مي كند نتايج بهتري را در مقايسه با روش با رويكرد منفعل تر ارائه مي دهد كه استقرار را يك فرايند متوالي مي داند. سرانجام، از آنجا كه اين مدل رياضي براي اولين بار در ادبيات انجام مي شود، عبارات رياضي براي هر دو روش تجزيه و تحليل مي شود تا بينش مفيدي براي طراحان ارائه دهد.

1401/02/29

Developing Multi-plane Satellite Constellation Deployment Methods Using the Concept of Nodal Precession

9/30/2022 12:00:00 AM

Deployment of multi-plane satellite constellations has become a fresh challenge in the space program missions since all the direct solutions including plane changing maneuvers and separate launches are energy and time-consuming. A proposed solution to this challenge is launching several satellites simultaneously and deploying them using gravitational perturbations of the Earth. Utilizing this solutions, only in-plane satellite maneuvers are sufficient to deploy a constellation of satellites in several orbital planes. The aim of this study is to extend and develop the present methods that use the concept of nodal precession to deploy a multi-plane satellite constellation with only one launch in order to cover a wider range of mission specifications, provide mathematical expressions for the total deployment time and the fuel expenditure of these methods, optimize the methods multi-objectively and provide a thorough analysis and comparison between them. Two general methods are proposed in this study; one that places all the satellites in a parking orbit and injects them into their final orbits sequentially, and one that first places them in different drifting orbits and after a certain amount of time, maneuvers them to their final orbits. The findings of the optimization process suggest that the method which involves all the satellites in the process of deployment simultaneously and by this means exploits the full nodal precessing potential of all of them provides better results in comparison with the method with a more passive approach, which considers the deployment a sequential process. Finally, since this mathematical modeling is performed for the first time in the literature, the mathematical expressions for both methods are analyzed to provide beneficial insights for the designers.

Hojat Mahdisoozani

Dr. Kamran Daneshjou