Journal of Space Science and Technology

Journal of Space Science and Technology

Sensitivity Analysis of Orbital Parameters on the Number of Satellite Passes over Ground Stations in Space Weather Missions

Document Type : Original Research Paper

Authors
1 College of Interdisciplinary Science and Technology, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Satellite Systems Research Institute, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran
3 Space Research Center, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran
Abstract
This study investigates the influence of orbital parameters on the number of satellite visibility events from ground stations, with the aim of optimizing orbit design for space weather monitoring missions. A two-body dynamical model was employed to simulate the satellite trajectory over a 24 hour period, and the number of visibility passes was evaluated with respect to a network of five ground stations located across Iran. The contribution of key orbital elements—including semi-major axis, eccentricity, inclination, RAAN, argument of perigee, and mean anomaly—was quantified using the global Sobol sensitivity analysis method. The first-order Sobol indices revealed that inclination and argument of perigee exert the strongest independent influence on visibility, with maximum values of 0.45 and 0.18, respectively. In contrast, parameters such as RAAN and mean anomaly exhibited minimal first order effects, yet their total indices indicated highly significant interactive contributions, in some cases exceeding 0.9. Furthermore, scenarios corresponding to the maximum number of daily passes were identified. All five stations recorded configurations yielding up to nine passes within 24 hours. The associated orbital parameters exhibited diverse geometrical characteristics, ranging from nearly circular orbits with low eccentricity (0.0028) to more elongated orbits with higher eccentricity (0.0915), and inclinations spanning approximately 40° to 60°. These findings demonstrate the critical role of both independent and interactive effects of orbital elements in determining ground visibility, and they provide valuable insights for the multi-objective design of satellite orbits aimed at enhancing temporal coverage, maximizing pass frequency, and improving the efficiency of space weather monitoring missions.
Keywords
Subjects

Article Title Persian

حساسیت‌سنجی پارامترهای مداری بر تعداد گذر ماهواره از ایستگاه زمینی در ماموریت پایش اقلیم فضا

Authors Persian

سحر امین آبادی 1
مسعود خوش سیما 2
صابر کرمی 3
هادی جلیلی 3
جمال آغایاری 3
1 دانشکده علوم و فناوری‌های میان رشته‌ای، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران
3 مرکز تحقیقات فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران
Abstract Persian

تأثیر پارامترهای مداری بر تعداد دفعات رؤیت‌پذیری ماهواره از ایستگاه‌های زمینی با هدف بهینه‌سازی طراحی مدار در مأموریت‌های پایش اقلیم فضا مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا، مسیر ماهواره با استفاده از مدل دینامیکی دو جسم طی یک بازه‌ی ۲۴ ساعته شبیه‌سازی شد و تعداد دفعات در دید بودن نسبت به شبکه‌ای شامل پنج ایستگاه زمینی در نقاط مختلف ایران محاسبه گردید. برای ارزیابی سهم هر یک از پارامترهای مداری شامل نیم‌قطر اصلی، خروج از مرکز، میل مداری، گره صعودی، آرگومان حضیض و ناسانی میانگین بر تعداد گذرها، از روش تحلیل حساسیت جهانی سوبول استفاده شد. نتایج شاخص‌های مرتبه اول نشان داد که میل مداری و آرگومان حضیض به‌ترتیب با بیشترین مقادیر شاخص (تا 0.45 و 0.18) بیشترین تأثیر مستقل را بر خروجی مدل دارند. در مقابل، پارامترهایی نظیر گره صعودی و ناسانی میانگین اگرچه در شاخص مرتبه اول تأثیر اندکی داشتند، اما در شاخص کل، اثر تعاملی آن‌ها بسیار چشم‌گیر بوده و در مواردی از 0.9 نیز فراتر رفته است. در ادامه، سناریوهایی با بیشترین تعداد رؤیت در بازه زمانی شبانه‌روز شناسایی شدند؛ به‌گونه‌ای که ایستگاه‌های زمینی ۱ تا ۵ همگی سناریوهایی با ۹ گذر ثبت کرده‌اند. پارامترهای مداری متناظر با این سناریوها ترکیب‌های متنوعی از ویژگی‌های هندسی را شامل می‌شوند؛ از جمله مدارهایی با خروج از مرکز پایین (0.0028) یا بالا (0.0915)، و میل‌های مداری در حدود بازه ۴۰ تا ۶۰ درجه. این یافته‌ها می‌توانند به طراحی دقیق‌تر و چندهدفه‌ی مدارهای ماهواره‌ای برای بهبود پوشش زمانی، افزایش دفعات گذر و ارتقاء قابلیت پایش اقلیم فضا کمک کنند.

Keywords Persian

تحلیل حساسیت سوبول
پارامترهای مداری
ایستگاه زمینی
اقلیم فضا
گذر ماهواره

Articles in Press, Accepted Manuscript
Available Online from 03 November 2025

  • Receive Date 03 September 2025
  • Revise Date 15 October 2025
  • Accept Date 22 October 2025
  • First Publish Date 03 November 2025