علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

طراحی اولیه ماهواره مکعبی یک واحدی با ماموریت پیش بینی زلزله

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان
1 دانشیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران ، ایران
2 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران ، ایران
3 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
4 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
5 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
چکیده
زلزله یکی از مهم‌ترین بلایای طبیعی به شمار می‌آید که همواره تهدیدی جدی برای انسان‌ها ایجاد می‌کند. پیش‌بینی دقیق این پدیده از چالش‌های اساسی بشر بوده و تاکنون تلاش‌های متعددی برای دستیابی به آن صورت گرفته است. یکی از رویکردهای نوین که در سال‌های اخیر مورد توجه قرار گرفته، بهره‌گیری از ماهواره‌های کوچک، برای پایش تغییرات لایه‌ی یونوسفر پیش از وقوع زلزله است. تغییرات دما و چگالی الکترون در این لایه می‌تواند به‌عنوان شاخصی از فعالیت‌های پیش‌زلزله‌ای مورد استفاده قرار گیرد.
نتایج بررسی داده‌های چند مأموریت مشابه نشان می‌دهد که این روش قادر است ناهنجاری‌های پیش‌زلزله‌ای را با دقت قابل‌قبولی شناسایی کند. در این مقاله، طراحی اولیه یک ماهواره مکعبی یک‌واحدی با رویکرد سیستمی ارائه شده است، به‌گونه‌ای که در هر زیرسیستم، اجزا و پارامترهای کلیدی موردنیاز برای طراحی بررسی و تحلیل شده و مقادیر عددی مربوط به آن‌ها ارزیابی گردیده است. نتایج حاصل نشان می‌دهد که این چارچوب طراحی می‌تواند گامی مؤثر در جهت ساخت یک نانوماهواره یک‌واحدی مقرون‌به‌صرفه، دقیق و بهینه برای تحقیقات مرتبط با مأموریت پیش‌بینی زلزله شود.
در این پژوهش، طراحی اولیه یک ماهواره مکعبی یک واحدی با مأموریت پیش‌بینی زلزله از طریق اندازه‌گیری دما و چگالی الکترون ارائه شده است. محموله اصلی این ماهواره مکعبی به دلیل سادگی ساختار و دقت بالاتر نسبت به سایر روش‌ها انتخاب شده است. فرایند طراحی شامل تعریف و تحلیل مأموریت، مهندسی سیستم، طراحی محموله و زیرسیستم‌ها است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]K. Hattori, "ULF geomagnetic changes associated with large earthquakes," Terrestrial Atmospheric and Oceanic Sciences, vol. 15, no. 3, pp. 329-360, 2004, https://doi.org/10.3319/TAO.2004.15.3.329(EP).
[2]S. Pulinets and K. Boyarchuk, Ionospheric Precursors of Earthquakes, Berlin, Heidelberg: Springer, 2004. https://doi.org/10.1007/b137616.
[3] M. Parrot, "Statistical analysis of automatically detected ion density variations recorded by DEMETER and their relation to seismic activity," Annals of Geophysics, vol. 55, no. 1, pp. 149-155, 2012, https://doi.org/10.4401/ag-5270.
[4] J. Huang et al., "Disturbance identification of electric field data observed by the CSES-01 satellite before earthquakes," Science China Earth Sciences, vol. 66, no. 8, pp. 1814-1824, 2023, https://doi.org/10.1007/s11430-022-1048-8. 
[5]N. Olsen, C. Stolle, R. Floberghagen, G. Hulot, and A. Kuvshinov, "Special issue “Swarm science results after 2 years in space”," Earth, Planets and Space, vol. 68, no. 1, 2016, Art. no. 172, https://doi.org/10.1186/s40623-016-0546-6.
[6]L. Conti, P. Picozza, and A. Sotgiu, "A critical review of ground based observations of earthquake precursors," Frontiers in Earth Science, vol. 9, 2021, Art. no. 676766, https://doi.org/10.3389/feart.2021.676766.
[7]C. S. Fish et al., "Design, development, implementation, and on-orbit performance of the dynamic ionosphere CubeSat experiment mission," Space Science Reviews, vol. 181, no. 1, pp. 61-120, 2014, https://doi.org/10.1007/s11214-014-0034-x.
[8]M. Long et al., "A cubesat derived design for a unique academic research mission in earthquake signature detection," in 16th Annual/USU Conference on Small Satellites, 2002, Paper SSC02-IX-6.
[9] S. Jason, A. da Silva Curiel, M. Sweeting, and S. Pulinets, "Earthquake forecast science research with a small satellite," in 16th Annual/USU Conference on Small Satellites, 2002, Paper SSC02-IX-5.
[10] M. Amato, "Pre-Phase A design through MBSE of CUBE mission," M.S. thesis, School of Industrial and Information Engineering, Politecnico Milano 1863, Milano MI, Italy, 2021, (in Italy).
[11] M. A. A. Latif et al., "Preliminary design of MYSat payload: Electron temperature and density probe (TeNeP) generator circuit," in 7th International Seminar on Aerospace Science and Technology (ISAST), Jakarta, Indonesia, 2019, https://doi.org/10.1063/5.0002322.
[12] H. Y. Yen, C. H. Chen, Y. H. Yeh, J. Y. Liu, C. R. Lin, and Y. B. Tsai, "Geomagnetic fluctuations during the 1999 Chi-Chi earthquake in Taiwan," Earth, Planets and Space, vol. 56, no. 1, pp. 39-45, 2004, https://doi.org/10.1186/BF03352489.
[13] A. S. M. Thaheer, N. A. Ismail, S. H. M. Yusoff, M. Izmir Yamin, and N. A. Razak, "Mission analysis and design of MYSat: A 1U CubeSat for electron density measurement," in 68th International Astronautical Congress (IAC), Adelaide, Australia, 2017, Paper IAC-17-E2-1-x36906.
[14] Y. W. Hsu and C. Cheng, "Development of TeNeP instrument for nanosatellites," M.S. thesis, Plasma Space Science Center, National Cheng Kung University, Taiwan, 2014.
[15] D. Píša, M. Parrot, and O. Santolík, "Ionospheric density variations recorded before the 2010 Mw 8.8 earthquake in Chile," Journal of Geophysical Research: Space Physics, vol. 116, no. A8, 2011, doi: https://doi.org/10.1029/2011JA016611.
[16] M. Parrot, "Statistical analysis of the ion density measured by the satellite DEMETER in relation with the seismic activity," Earthquake Science, vol. 24, no. 6, pp. 513-521, 2011, https://doi.org/10.1007/s11589-011-0813-3.
[17] A. S. M. Thaheer and N. A. Ismail, "Orbit design and lifetime analysis of MYSat: A 1U CubeSat for electron-density measurement," in 4th  NatGrad Conference, Uniten, Malaysia, 2017.
[18]D. A. Vallado, Fundamentals of Astrodynamics and Applications, "Consolidated Errata 2019" 4th Ed., Microcosm Press, 2013.
[19] D. E. Holmstrøm, "Software and software architecture for a student satellite," Computer Science, Specialisation Project, TDT4501, Norwegian University of Science and Technology, 2012.
[20] A. M. Font, "On-board computer software and FlatSat testing for the 3CAT-4 CubeSat mission," B.C. Thesis, Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona, Spain, 2021.
[21] D. Roddy, W. L. Jones, and D. G. Long, Satellite Communications, New York, NY, USA: McGraw hill, 2006.
[22]S. Carletta et al., "Characterization and testing of the passive magnetic attitude control system for the 3U astrobio CubeSat," Aerospace, vol. 9, no. 11, 2022, Art. no. 723, https://doi.org/10.3390/aerospace9110723.
[23] N. A. Ismail, A. S. M. Thaheer, and M. I. Yamin, "Comparative study of MYSat attitude stability effect on power generation and lifetime," in International Conference on Aerospace and Mechanical Engineering (AeroMech17), IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Batu Ferringhi, Penang, Malaysia, 2018, https://doi.org/10.1088/1757-899X/370/1/012018.
[24] A. S. M. Thaheer, N. A. Ismail, M. H. H. Amir, and N. A. Razak, "Static and dynamic analysis of different MYSat frame structure," Journal of Mechanical Engineering and Sciences, vol. 18, no. 4, pp. 10261-10278, 2024, https://doi.org/10.15282/jmes.18.4.2024.4.0810

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 23 مهر 1404

  • تاریخ دریافت 02 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری 11 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 19 مهر 1404
  • تاریخ اولین انتشار 23 مهر 1404