علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

بررسی الگوریتم طراحی یک تراستر تک مولفه با سوخت سبز جهت کاربرد درماژول کنترل وضعیت ماهواره

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان
1 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
2 دانشیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
3 استادیار، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران،ایران
چکیده
دستیابی به موقعیت‌های مداری بالاتر و افزایش طول مأموریت‌های فضایی، نیازمند بهره‌گیری از سامانه‌های پیشرانش فضایی است. همچنین با توجه به هزینه بسیار بالای ساخت و پرتاب ماهواره‌های بزرگ و به تبع آن توسعه تکنولوژی ماهواره‌های منظومه‌ای و استفاده از چندین میکرو ماهواره به جای یک ماهواره بزرگ، سیستم‌های پیشرانش کم حجم و سبک و در عین حال با ضربه ویژه مناسب به شدت مورد توجه قرار گرفته‌اند. از جمله این نوع سامانه ها پیشران که امروزه مورد بررسی و توسعه میباشند سامانه های پیشران با تک مولفه ای با پیشرانه سبز می باشد.،به دلیل مسائلی نظیر آلایندگی، سمی بودن پیشرانه، دشواری در نگهداری و ذخیره سازی بلندمدت و قیمت، توسعه رانشگرها با پیشرانه سبز که قابلیت توسعه و ساخت در محیطهای دانشگاهی را دارند مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله، تلاش شده است که الگوریتم طراحی یک سامانه پیشرانش تک پیشرانه‌ای با پیشرانه سبز با نیروی پیشران یک نیوتن و با دیدگاه سیستمی برای یک ماهواره مکعبی ارائه شده است. گزینه های مختلف پیشرانه مورد بررسی قرار گرفته است و در انتها با استخراج بهترین گزینه‌های طراحی ، با توجه به نتایج مطالعه آماری، به طراحی رانشگر و اعتبارسنجی بخش‌های مهم و بحرانی طراحی به وسیله تحلیل و شبیه سازی عددی پرداخته شده است. ماموریت در نظر گرفته شده برای رانشگر این ماهواره، یک ماموریت فرضی مانور مداری در نظر گرفته شده است که اطلاعات سیستمی و جرمی انرژتیک مورد نیاز، برای آن استخراج گردد. در پایان نیز الگوی سیستمی طراحی برای رانشگرهای سبز ارائه شده است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]   R. W. Humble, N. H. Gary, and W. J. L. Lardon, Space Propulsion Analysis and Design, 1rd ed. New York: McGraw-Hill, 2007.
[2]   M. Negri, "Replacement of hydrazine: Overview and first results of the H2020 project rheform," in 6th European Conference for Aeronautics and Space Sciences (EUCASS), Krakow, Poland, 2015.
[3]   A. Okninski et al., "Development of green storable hybrid rocket propulsion technology using 98% hydrogen peroxide as oxidizer," Aerospace, vol. 8, no. 9, 2021, Art. no. 234, https://doi.org/10.3390/aerospace8090234.
[4]   J. R. Wallbank, P. A. Sermon, A. M. Baker, L. Courtney, and R. M. Sambrook, "Nitrous oxide as a green monopropellant for small satellites," in 2th Conference on Green Propellants for Space Propulsion, Cagliari, Sardinia, Italy, 2004.
[5]   Z. Vadim and L. Li, "Propulsion challenges for small spacecraft: 2005," Tsinghua Science and Technology, vol. 11, no. 5, pp. 507-514, 2006, https://doi.org/10.1016/S1007-0214(06)70227-9.
[6]   R. Masse, J. Overly, M. Allen, and R. A. Spores, "A new state-of-the-art in Af-M315E thruster technologies," in 48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Atlanta, Georgia, 2012, Paper AIAA2012-4335, https://doi.org/10.2514/6.2012-4335.
[7]   N. Wingborg, A. Larsson, M. Elfsberg, and P. Appelgren, "Characterization and ignition of ADN-based liquid monopropellants,  in 41st AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Tucson, Arizona, 2005, Paper AIAA 2005-4468, https://doi.org/10.2514/6.2005-4468.
[8]   A. E. S. Nosseir, A. Cervone, and A. Pasini, "Modular impulsive green monopropellant propulsion system (MIMPS-G): For CubeSats in LEO and to the Moon," Aerospace, vol. 8, no. 6, 2021, Art. no. 169, https://doi.org/10.3390/aerospace8060169.
[9]   K. I. Parker and D. C. Folta, "15- Propulsion system," in Cubesat Handbook, From Mission Design to Operations, C. Cappelletti, S. Battistini, and B. K. Malphrus, Eds. Academic Press, 2020, pp. 283-301, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-817884-3.00015-1.
[10] A. S. Gohardani et al., "Green space propulsion: Opportunities and prospects," Progress in Aerospace Sciences, vol. 71, pp. 128-149, 2014, https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2014.08.001.
[11] S. Krishnan, A. S. Hee, and L. C. Won, "Design and development of a hydrogen-peroxide rocket-engine facility," Jurnal Mekanikal, no. 30, pp. 24-36, 2010.
[12] A. De laco Veris, Fundamental Concepts of Liquid-Propellant Rocket Engines," Springer Cham, 2021, https://doi.org/10.1007/978-3-030-54704-2.
[13] T. Franken, F. Valencia-Bel, B. V. S. Jyoti, and B. T. C. Zandbergen, "Design of a 1-N monopropellant thruster for testing of new hydrogen peroxide decomposition technologies," in Aerospace Europe Conference, Bordeaux, France, 2020, pp. 25-28.
[14] B. T. C. Zandbergen, "Thermal rocket propulsion," (version 2.04), Delft University of Technology, 2010, AE4S01, Lecture Notes.
[15] K. V. Mani, "Combined chemical-electric propulsion design and hybrid trajectories for stand-alone deep-space CubeSats," Ph.D. dissertation, Politecnico di Milano, Italy, 2020.
[16] A. K. Coker, Fortran Programs for Chemical Process Design, Analysis, and Simulation, Houston: Gulf, 1995.
[17] O. Bey and G. Eigenberger, "Fluid flow through catalyst filled tubes," Chemical Engineering Science, vol. 52, no. 8, pp. 1365-1376, 1997, https://doi.org/10.1016/S0009-2509(96)00509-X.
[18] G. P. Sutton and O. Biblarz, Rocket Propulsion Elements,9th ed. John Wiley & Sons, 2016.
[19] A. H. Adami, M. Mortazavi, and M. Nosratollahi, "Multidisciplinary design optimization of hydrogen peroxide monopropellant propulsion system using GA and SQP," International Journal of Computer Applications, vol. 113, no. 9, pp. 14-21, 2015, https://doi.org/10.5120/19853-1774.
[20]         J. R. Wertz, D. F. Everett, and J. J. Puschell, Space Mission Engineering : the New SMAD, Hawthorne, CA: Microcosm Press, 2011.
دوره 18، شماره 3
1404
صفحه 61-73

  • تاریخ دریافت 17 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 08 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 15 مهر 1404
  • تاریخ اولین انتشار 15 مهر 1404