Evaluation and Analysis of Three Platforms for a Satellite with Imaging Payload

Sayanjali, Mohammad; Sharifi Moghadam, Elham; Soleymani, Hamed; Shoja Sadati, Javad

doi:10.22034/jsst.2025.1511

Evaluation and Analysis of Three Platforms for a Satellite with Imaging Payload

Document Type : Original Research Paper

Authors

Mohammad Sayanjali ¹

Elham Sharifi moghadam ¹

Hamed Soleymani ²

Javad Shoja sadati ³

¹ Assistant Professor, Satellite Research Institute, Iranian Space research Center, Tehran, Iran

² PhD student, School of Advanced Technologies, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran

³ MSc. student, School of Advanced Technologies, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran

10.22034/jsst.2025.1511

Abstract

In this paper, three different architectures and configurations for a remote sensing satellite have been designed. The parameters like produced electrical power, moment of inertia matrix, mass and volume for each architecture have been achieved and investigated.The first design is an integrated architecture and its structure is a rectangular cube. The camera is located in the middle of the structure. The second architecture is modular and consists of stacked modules and the camera has been mounted on one of the satellite faces externally. This architecture uses the solar array drive assembly mechanism.The third design is an integrated architecture with truss structure and hexagonal cross section. The camera is located in the middle of structure. Comparing the architectures show that the first design has less complexity comparing the other designs, and the modular architecture has the most complex structure. In terms of the modularity and ease of integration, the modular architecture is the best, and the third architecture earns the least point. In terms of the available space for the payload and possibility of adding other cameras to platform, the first design is more appropriate than the others. The telemetry and telecommand antennas in S-band has been positioned on the satellite structure for all of the three above mentioned designs, and their radiation patterns have been analyzed. Comparing the results shows that the antenna layout on the structure with hexagonal cross section leads to the best omni directional radiation pattern.Also, the optimal choice of architecture also is related to mission priorities.

Keywords

Satellite platform

Modular architecture

Integrated architecture

TT&‌‌‌C antenna layout

radiation patterns

Subjects

Remote sensing

Article Title Persian

تحلیل و ارزیابی سه معماری پلتفرم برای یک ماهواره تصویربرداری

Authors Persian

محمد سینجلی ¹

الهام شریفی مقدم ¹

حامد سلیمانی ²

سید جواد شجاع ساداتی ³

¹ استادیار، پژوهشکده سامانه‌های ماهواره‌ای، پژوهشگاه فضایی ایران

² دانشجوی دکترای، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علم و صنعت ایران

³ دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علم و صنعت ایران

Abstract Persian

دراین مقاله سه معماری و جانمایی مختلف برای یک ماهواره سنجش از دوری طراحی شده است. پارامترهایی ازجمله توان تولیدی، ماتریس ممان اینرسی، جرم و حجم هر یک از این معماری ها استخراج شده است. معماری اول یک معماری یکپارچه با سازه مکعب مستطیلی است که دوربین در وسط آن قرار دارد. معماری دوم، از نوع ماژولار می باشد و ماژول ها به صورت طبقه‌ای روی یکدیگر قرار دارند و دوربین به صورت خارجی روی یکی از وجوه ماهواره نصب شده است. این معماری از پنل‌های خورشیدی باقابلیت جهت‌دهی به سمت خورشید استفاده می‌کند. معماری سوم نیز یک معماری یکپارچه باسازه‌ای خرپایی است و ازلحاظ شکل، سطح مقطع شش ضلعی داشته و دوربین در وسط آن قرار دارد. در نهایت، مقایسه این معماری‌ها نشان داد که معماری اول پیچیدگی سازه کمتری نسبت به سایر معماری‌ها دارد و معماری ماژولار از سایر معماری ها پیچیده‌تر است. از لحاظ ماژولاریتی و سهولت تجمیع، معماری ماژولار از همه بهتر است و معماری یکپارچه با سطح مقطع شش ضلعی کمترین امتیاز را کسب می‌کند. از لحاظ فضای قابل دسترس محموله و امکان اضافه کردن محموله‌های سنجشی دیگر، معماری یکپارچه مکعب مستطیلی مناسب تر است. آنتن‌ های تله متری-تله کامند در باند S نیز روی سازة هر یک از طرح‌های مذکور جانمایی شده و پترن تشعشعی آن‌ها تحلیل گشته است. مقایسه پترن‌های تشعشعی نشان داد که آنتن جانمایی شده روی معماری سوم بهترین پترن همه جهته و گین از لحاظ عمق نول‌ها را خواهد داشت. همچنین انتخاب بهینه معماری به اولویت‌های مأموریت نیز وابسته است.

Keywords Persian

پلتفرم ماهواره

معماری ماژولار

معماری یکپارچه

جانمایی آنتنTT&‌‌‌C

پترن تشعشعی

[1] T. Mosher and Q. Young, "Modular platform architecture for satellites," U.S. Patent Application, 11/417.003, 2007, https://scholar.google.com/citations?view_op=viewcitation&hl=en&user=AD2QJcsAAAAJ&citation_for_view=AD2QJcsAAAAJ:_FxGoFyzp5QC

[2] M. Fakoor, "Review of method for optimal layout of satellite components," Modares Mechanical Engineering Journal, vol. 13, no. 9, pp. 126-137, 2013, (in Persian).

[3] M. Fakoor, S. M. N. Ghoreishi, and H. Sabaghzadeh, "Spacecraft component adaptive layout environment (SCALE): An efficient optimization tool," Advances in Space Research, vol. 58, no. 9, pp. 1654-1670, 2016, https://doi.org/10.1016/j.asr.2016.07.020.

[4] Y. Yao, "Analysis of platform and payload integrated design technology for optical remote sensing satellites," in 3rd International Symposium of Space Optical Instruments and Applications, Beijing, China, 2016, pp. 9-22, https://doi.org/10.1007/978-3-319-49184-4_2.

[5] Z. Daneshjoo and F. Shokri, "Layout and configuration design of a remote sensing satellite subsystems," Journal of Space Science Technology and Applications, vol 4, no. 1, pp. 39-51, 2024, (in Persian), https://doi.org/10.22034/jssta.2024.420858.1141.

[6] S. M. Navid Ghoreishi, M. Aminjafari, A. Sedaghati, and E. Zabihian, "Design, analysis and structural test of telecommunication satellite based on ECSS standard,” Journal of Space Science, Technology and Applications, vol. 3, no. 1, pp. 48-63, 2023, (in Persian), https://doi.org/10.22034/jssta.2023.376852.1105.

[7] SSTL-150 ESPA Satellite Platform, [Online]. Available: https://www.unisec-global.org/pdf/uniglo3/day1_1410-1420.pdf

[8] Q. Young, "Modular platform architecture for small satellites: evaluating applicability and strategic issues," in 19th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellite, 2005, Paper SSC05-I-6.

[9] A. Rogers, G Cameron, and L. Jordan, "SCOUT: A modular multi-mission spacecraft architecture for high capability rapid access to space," in 17th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellite, 2003, Paper SSC03-VIII-5.

[10] M. J. Jeon, S. R. Lee, E. Kim, S. B. Lim, and S. W. Choi, "Launch and early operation results of KOMPSAT-3A," in SpaceOps Conferences, Daejeon, Korea, 2016.

[11] C. Kilgus, "Shaped-conical radiation pattern performance of the backfire quadrifilar helix," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 23, no. 3, pp. 392-397, 1975, https://doi.org/10.1109/TAP.1975.1141084.

[12] C. Kilgus, "Resonant quadrifilar helix," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 17, no. 3, pp. 349-351, 1969, https://doi.org/10.1109/TAP.1969.1139459.

[13] C. Kilgus "Multielement, fractional turn helices," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 16, no. 4, 1968, https://doi.org/10.1109/TAP.1968.1139231.

[14] E. Sharifi Moghaddam, "Design of a printed quadrifilar helix antenna on a dielectric cylinder by means of genetic algorithm," IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 53, no. 4, pp. 262-268, 2011, https://doi.org/10.1109/MAP.2011.6097348.