Journal of Space Science and Technology

Journal of Space Science and Technology

بررسی تأثیر خطای حسگر و عملگر بر مصرف سوخت ماهواره‌های زمین‌ثابت هم‌مکان Investigating the effect of sensor and actuator error on the fuel consumption of co-located geostationary satellites

Articles in Press

Document Type : Original Research Paper

Authors
fatemeh Amozegary 1
Amirreza Kosari 2
amir Labibian 3
1 School of Aerospace Engineering, College of Interdisciplinary Science and Technology, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Faculty of New Science and Technology, Tehran, Iran
3 Satellite Research Institute, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran.
10.22034/jsst.2026.1566
Abstract
Given the increasing demand for geostationary orbital slots and operational limitations in defining them, co-locating multiple satellites in a shared slot has become an essential strategy. This paper investigates the effect of hardware errors—specifically GPS sensor errors and thruster actuator errors—on the fuel consumption of co-located geostationary satellites. First, the optimal initial positions of three satellites in the 120°E orbital slot were determined using a multi-objective particle swarm optimization algorithm, considering co-location constraints and the frequency band of the inter-satellite link. Then, differential game theory was employed to plan station-keeping maneuvers for fuel minimization. Three simulation scenarios were analyzed: an ideal error-free case, a case with simultaneous thruster and GPS sensor errors, and a case with two thruster failures and other thrusters error plus GPS error—each evaluated for two thruster configurations (10 N and 22 N). The results show that both sensor and actuator errors significantly increase the annual velocity increment, with thruster error having a more pronounced impact. Furthermore, the higher-thrust configuration (22 N) and the cooperative control strategy demonstrated greater effectiveness in mitigating error effects and maintaining mission stability.
Keywords
Geostationary satellite
Co-location
Co-location strategy
Sensor and actuator error
Fuel consumption
Subjects

Article Title Persian

بررسی تأثیر خطای حسگر و عملگر بر مصرف سوخت ماهواره‌های زمین‌ثابت هم‌مکان

Authors Persian

فاطمه آموزگاری 1
امیررضا کوثری 2
امیر لبیبیان 3
1 دانشکدگان علوم و فناوری‌های میان‌رشته‌ای، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران
3 پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران
Abstract Persian

با توجه به افزایش تقاضا برای قرارگیری ماهواره‌ها در مدار زمین‌ثابت و محدودیت در تعریف شکاف‌های مداری، هم‌مکان‌سازی چندین ماهواره در یک مکان مشترک به عنوان یک راهکار ضروری مطرح شده است. در این مقاله، اثر خطاهای سخت‌افزاری حسگر (GPS) و عملگر (تراستر) بر مصرف سوخت ماهواره‌های هم‌مکان مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا موقعیت اولیه بهینه سه ماهواره در شکاف مداری ۱۲۰ درجه شرقی با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات چندهدفه و با در نظر گرفتن الزامات هم‌مکان‌سازی و باند فرکانسی لینک بین‌ماهواره‌ای محاسبه شده است. سپس، از نظریه بازی دیفرانسیلی برای برنامه‌ریزی مانورهای نگهداری جایگاه به منظور کمینه‌سازی مصرف سوخت استفاده شده است. سه سناریوی شبیه‌سازی شامل حالت ایده‌آل (بدون خطا)، حالت با خطای همزمان تراستر و حسگر GPS، و حالت با خرابی دو تراسترو خطای سایر تراسترها به همراه خطای حسگر برای دو پیکربندی تراستر (۱۰ نیوتن و ۲۲ نیوتن) مورد تحلیل قرار گرفتند. نتایج نشان می‌دهند که خطاهای تراستر و حسگر هر دو منجر به افزایش معنادار مصرف سوخت می‌شوند و تأثیر خطای تراستر به‌مراتب بیشتر است. همچنین، پیکربندی تراسترهای پرتوان (۲۲ نیوتن) و استراتژی کنترل همکارانه در کاهش اثرات خطاها و حفظ پایداری مأموریت مؤثرتر هستند.

Keywords Persian

ماهواره زمین‌ثابت
هم‌مکان‌سازی
استراتژی هم‌مکان‌سازی
خطای حسگر و عملگر
مصرف سوخت
Journal of Space Science and Technology

Articles in Press, Accepted Manuscript
Available Online from 22 August 2026

  • Receive Date 10 August 2025
  • Revise Date 21 December 2025
  • Accept Date 04 January 2026
  • First Publish Date 22 August 2026