علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

طراحی سیستم کنترل وضعیت یک ماهواره با پایدارسازی گرادیان جاذبهای به منظور جهتگیری به سمت خورشید

نویسندگان
1 دانشگاه علم و صنعت ایران
2 دانشگاه علم و صنعت
3 دانشگاه صنعتی امیرکبیر - پژوهشکده علوم و فناوری فضا
چکیده
سیستم کنترل وضعیت یک ماهواره با پایداری گرادیان جاذبه‌ای به منظور جهت‌گیری دائم به سمت زمین و ایجاد پایداری به نسبت ممان اینرسی زیاد نیاز دارد. در چنین ماهواره‌هایی، نسبت ممان اینرسی بسیار زیاد سبب کوچک‌شدن بدنة اصلی ماهواره و کاهش قابلیت‌های مأموریت می‌شود. در این مقاله، نسبت ممان اینرسی به‌وسیلة یک فرمول بسته بر اساس فعالیت‌های گذشته، چنان کاهش داده می‌شود که بتوان قابلیت اضافه‌کردن پانل‌های خورشیدی و مأموریت‌های بیشتر را فراهم کرد. چرخش ماهواره به سمت خورشید با چرخش ماهواره حول محور بوم به‌دست می‌آید که در تلفیق با چرخش ماهواره بدور زمین سبب ایجاد خطا در راستای محور رول می‌شود. به منظور کاهش این خطا، می‌توان سرعت چرخش ماهواره حول محور بوم را کاهش داد. در راستای تحقق این راه حل، با اضافه‌کردن یک چرخ عکس‌العملی در راستای بوم گرادیان جاذبه‌ای، توسعة شرط پایداری سیستم گرادیان جاذبه‌ای، قابلیت چرخش ماهواره به‌صورت متناوب و تک‌جهته به سمت خورشید ایجاد می‌شود. در این‌راستا، قانون کنترل برای چرخ در دو حالت زوایای کوچک و بزرگ چنان طراحی می‌شود که گشتاور مورد نیاز و اندازه حرکت زاویه‌ای چرخ محدود باشد. در نهایت با شبیه‌سازی بر روی دینامیک و مشخصات یک ماهواره فعال در مدار و در نظر گرفتن ملاحظات عملی، صحت عملکرد سیستم کنترل وضعیت نشان داده می‌شود.
کلیدواژه‌ها

[1]  Nurre, G. S. and Weygandt, P. C., “Application of GG Stabilization to large manned Space Vehicles”, Proceeding of Symposium on gravity Gradient attitude Stabilization EL Segundo CA Airforce System Command, Sep. 1969.
[2] بلندی، حسین و قربانی واقعی، بهمن. «طراحی سیستم گرادیان جاذبه‌ای برای یک ماهوارة متقارن با چرخش محدود حول محور یاو با استفاده از کنترل مغناطیسی»، ششمین کنفرانس سراسری انجمن هوافضای ایران، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، اسفند 1385.
[3]  بلندی، حسین، فرهادی، علیرضا و عطایی، محمد. «ارائه دو الگوریتم جدید برای طراحی سیستم کنترل وضعیت و پایدارسازی یک ماهواره با استفاده از گرادیان جاذبه‌ای»، هفتمین کنفرانس مهندسی برق ایران، مرکز تحقیقات مخابرات ایران، اردیبهشت 1378.
[4] Hodgart, M. S., Gravity Gradient and magnetorquing Attitude Control for Low-Cost Low-Earth Orbit Satellites-The Uosat Experience, Ph. D Dissertation, University of Surrey, June 1989.
[5] Tsiotras, P. and Shen, H. “Satellite Attitude Control and Power Tracking with Energy/Momentum Wheels”, Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 24, No. 1, 2001, pp. 23-34,.
[6] Yoon, H. and Tsiotras, P. “Spacecraft Adaptive Attitude and Power Tracking with Variable Speed Control Momentum Gyroscopes”, Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 25, No. 6, pp. 1081-1090, 2002.
[7] Hall, C. D., Tsiotras, P. and Shen, H., “Tracking Rigid Body Motion Using Thrusters and Momentum Wheels”, Journal of Astronautical Sciences, Vol. 50, No. 3, 2003.
[8] قربانی‌واقعی، بهمن. مدل‌سازی و طراحی سیستم تعیین و کنترل وضعیت یک ماهواره برای جهت‌گیری دائم به سمت زمین و جهت‌گیری متناوب به سمت خورشید، پایان‌نامه دکتری برق- کنترل، دانشگاه علم و صنعت ایران، اردیبهشت 1386.
[9] Bolandi, H., Soleimanzadeh, M. and Ghorbani, B. “A Coarse Sun Sensor for Attitude Determination of Spacecraft”, The 6th Iranian Aerospace Society Conference, K. N.Toosi University of Technology, Feb. 2007.
 

  • تاریخ دریافت 18 مرداد 1387
  • تاریخ بازنگری 21 آبان 1387
  • تاریخ پذیرش 23 آذر 1387
  • تاریخ اولین انتشار 25 آذر 1387