نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران

2 پژوهشکده مکانیک، پژوهشگاه فضایی ایران، شیراز، ایران

چکیده

سازه یک ماهواره در طول عمر عملیاتی خود، باید تمامی بارهای مکانیکی وارد بر ماهواره که مهم‌ترین آن‌ها بارهای ارتعاشی وارده در لحظه پرتاب است را تحمل نماید. برای اطمینان از صحت طراحی سازه ماهواره باید تحلیل‌های المان محدود و تست‌های ارتعاشی روی سازه، مطابق با استاندارد فضایی اتحادیه اروپا (ECSS) انجام شود. در این مقاله، ضمن بررسی هم‌زمان فرایند طراحی بهینه برای یک سازه ماهواره با افزایش نسبت استحکام به جرم، تحلیل‌های المان محدود مورد نیاز به همراه آزمون‌های مکانیکی سازه یک ماهواره مخابراتی شامل ارتعاشات اتفاقی، ارتعاشات سینوسی، شوک و شبه استاتیک به صورت کامل ارائه شده است. نتایج نشان دادند که با بهره‌گیری از طرح صلیبی برای سازه ماهواره، مقادیر فرکانس طبیعی ماهواره در راستای طولی افزایش قابل قبولی پیدا کرده که این امر باعث افزایش استحکام ماهواره در راستای طولی می‌شود. هم‌چنین، نتایج آزمون‌های انجام شده نشان دادند که سازه طراحی شده ضمن تحمل بارهای مکانیکی وارده در حین پرتاب، الزامات فرکانسی مورد نیاز پرتابگر را برآورده می‌نماید. نتایج آزمون‌ها تطابق بسیار خوبی با تحلیل‌های المان محدود انجام شده شامل تحلیل مودال، ارتعاشات اتفاقی و سینوسی داشت و بیانگر صحت طراحی انجام شده برای سازه ماهواره است

کلیدواژه‌ها

##[1]          D. Kamran, A. Maziar, and S. Hossein, "FARAGAM algorithm in satellite layout," in Proceedings of the Sixth Asia-Pacific Conference on Multilateral Cooperation in Space Technology and Applications, Beijing, 2001, pp. 120-127.##
##[2]          J. Cagan, K. Shimada, and S. Yin, "A survey of computational approaches to three-dimensional layout problems," Computer-Aided Design, vol. 34, no. 8, pp. 597-611, 2002.##
##[3]          Z. Sun, H. Teng, and Z. Liu, "Several key problems in automatic layout design of spacecraft modules," Progress In Natural Science, vol. 13, no. 11, pp. 801-808, 2003.##
##[4]          M. O. Kahraman, E. D. Swenson, and J. T. Black, "A constraint based approach for building operationally responsive space satellites," in 2009 4th International Conference on Recent Advances in Space Technologies, 2009, pp. 506-511: IEEE.##
##[5]          m. fakoor, "Review of method for optimal layout of satellite components," (in eng), Modares Mechanical Engineering, vol. 13, no. 9, pp. 126-137, 2013.##
##[6]          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.##
##[7]          Z.-G. Sun and H.-F. Teng, "Optimal layout design of a satellite module," Engineering optimization, vol. 35, no. 5, pp. 513-529, 2003.##
##[8]          B. Zhang, H.-F. Teng, and Y.-J. Shi, "Layout optimization of satellite module using soft computing techniques," Applied Soft Computing, vol. 8, no. 1, pp. 507-521, 2008.##
##[9]          H.-f. Teng, S.-l. Sun, D.-q. Liu, and Y.-z. Li, "Layout optimization for the objects located within a rotating vessel—a three-dimensional packing problem with behavioral constraints," Computers & Operations Research, vol. 28, no. 6, pp. 521-535, 2001.##
##[10]        J.-Z. Huo and H.-F. Teng, "Optimal layout design of a satellite module using a coevolutionary method with heuristic rules," Journal of Aerospace Engineering, vol. 22, no. 2, pp. 101-111, 2009.##
##[11]        A. Salehi, M. Fakoor, A. Kosari, and S. M. N. Ghoreishi, "Conceptual Design Process for LEO Satellite Constellations Based on System Engineering Disciplines," CMES-COMPUTER MODELING IN ENGINEERING & SCIENCES, vol. 131, no. 2, pp. 599-618, 2022.##
##]12[ م. باقر بهرامی، "طراحی بهینه سازه یک میکروماهواره با قیود ارتعاشی"، علوم، فناوری و کاربردهای فضایی، جلد 1، شماره 1، صفحات 80-65، 1400.##
## [13]       T. P. Sarafin and W. J. Larson, "Spacecraft structures and mechanisms: from concept to launch," 1995.##
##[14]        W. J. Larson and J. Wertz, "Space Mission Analysis and Design, Space Technology Library," Published jointly by Microcosm Press and Kluwer Academic Publishers, 2005.##
##[15]        M. Aliha, S. Ghoreishi, D. Imani, Y. Fotoohi, and F. Berto, "Mechanical and fracture properties of aluminium cylinders manufactured by orbital friction stir welding," Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, vol. 43, no. 7, pp. 1514-1528, 2020.##
##[16]        J. Guo, J. Zhang, Y. Feng, F. Wang, and C. Li, "Lightweight implementation of natural vibration frequency adjustment of satellite structures by varying the structural stiffness," Aerospace Science and Technology, vol. 118, p. 107061, 2021.##
##[17]        A. Boudjemai, M. Bouanane, L. Merad, and A. S. Mohammed, "Small satellite structural optimisation using genetic algorithm approach," in 2007 3rd International Conference on Recent Advances in Space Technologies, 2007, pp. 398-406: IEEE.##
##[18]        A. Aborehab, M. Kassem, A. Nemnem, M. Kamel, and H. Kamel, "Configuration design and modeling of an efficient small satellite structure," Engineering Solid Mechanics, vol. 8, no. 1, pp. 7-20, 2020.##
##[19]        M. Safarabadi, H. Haghshenas, and H. Kelardeh, "Design of micro-vibration isolation system for a remote-sensing satellite payload using viscoelastic Materials," Engineering Solid Mechanics, vol. 8, no. 1, pp. 69-76, 2020.##
##]20[ م. صفرآبادی، ح. امامی، "بررسی میزان اعتبار به روز کردن مدل اجزا محدود سازه یک ماهواره میکرو با استفاده از نتایج آزمون ارتعاشات اتفاقی"، هفتمین همایش انجمن هوافضای ایران، تهران، 1386.##
 ##[21]       H. Emami, F. Farhani, and M. Safarabadi, "Influence of modal effective mass distribution on the static and dynamic behavior of a satellite structure under base excitations," Material Science Research of India, vol. 5, no. 2, pp. 209-218, 2008.##
##[22]        M. R. Roosta and M. Safarabadi, "Study of mass reduction possibility of a cubic microsatellite by replacing isogrid structure with sandwich panel structure using finite element analysis," Modares Mechanical Engineering, vol. 16, no. 9, pp. 241-248, 2016.##
##[23]        M. R. Roosta and M. Safarabadi, " Investigation of a micro satellite structural properties on its effective vibration modes," 5th International Conference on Acoustics and Vibration, 2015.##
##]24[ ح. امامی، م. صفرآبادی، "بررسی تاثیر هندسه و صلبیت صفحات جانبی یک ماهواره مکعبی در رفتار سازه تحت بارگذاری دینامیک حاصل از شرایط محیطی پرتاب"، ششمین کنفرانس سراسری انجمن هوافضای ایران، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، 1385.##
##]25[ م. صفرآبادی، ح. امامی، "تاثیر نحوه توزیع جرم موثر مودهای ارتعاشی و رفتار محلی صفحات جانبی یک ماهواره مکعبی در طراحی سازه تحت بارگذاری دینامیک حاصل از شرایط محیطی پرتاب"، پانزدهمین کنفرانس سالانه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1386.##
[26]        ##Testing, ECSS-E-ST-10-03C, 2022.##
[27]    ##    A. Arianespace, "User's Manual (Issue 2-Revision 0)," E. Perez (Ed.), 2012.##
[28]        ##M. Safarabadi and S. Bazargan, "Prediction of equivalent static loads act on a micro satellite via modal analysis," Engineering Solid Mechanics, vol. 3, no. 2, pp. 75-84, 2015.##