علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

هم‌مکان‌سازی بهینه ماهواره‌های ژئو در بازه مداری ۱۲۰ درجه شرقی با استفاده از نظریه بازی دیفرانسیلی

نوع مقاله : مقاله منتخب

نویسندگان
1 گروه هوافضا، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران
2 دانشگاه تهران
3 دانشکده علوم و فنون نوین- دانشگاه تهران
چکیده
با توجه‌ به افزایش روزافزون درخواست قراردهی ماهواره‌ها در مدار زمین‌ثابت و نظر به محدودیت‌های عملیاتی در تعریف بازه‌های مداری ژئو، بهره‌گیری از جایگاه مشترک توسط چند ماهواره یکی از راهکارهای افزایش ظرفیت بهره‌برداری از این مدار محسوب می‌شود که این فرایند به هم‌مکان‌سازی موسوم است. با افزایش تعداد ماهواره‌های زمین‌ثابت علاقه زیادی به استراتژی‌های هم‌مکان‌سازی جدید که میزان خودکاری ماهواره‌ها را افزایش می‌دهند وجود دارد، اساساً به این خاطر که: ۱) تعداد ماهواره‌های ژئو در یک شکاف را افزایش می‌دهند. ۲) تمایل به کاهش مصرف سوخت. در پژوهش حاضر موقعیت اولیه بهینه ماهواره‌ها باهدف کمینه‌کردن فاصله نسبی ماهواره­ها و درنظرگرفتن الزامات هم­مکان­سازی و باند فرکانسی مورداستفاده در لینک بین ماهواره‌ای با استفاده از روش بهینه‌سازی ازدحام ذرات محاسبه شده است. همچنین در جهت کمینه‌کردن میزان سوخت مصرفی از روش بهینه‌سازی نظریه بازی دیفرانسیلی برای برنامه‌ریزی مانورهای نگهداری جایگاه ماهواره‌ها به‌عنوان یک استراتژی هوشمند ناوبری استفاده می‌شود. بر اساس روش پیشنهادی می­توان ۲۰ ماهواره را در بازه مداری ۱۲۰ درجه شرقی که یکی از نقاط ناپایدار مداری است قرار داد به‌طوری‌که هیچ‌گونه تداخلی نداشته باشند و متوسط افزایش سرعت موردنیاز آن‌ها برای یک سال در حدود ۷۰ متر بر ثانیه باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]          I. Beigelman and P. Gurfil, “Optimal geostationary satellite collocation using relative orbital element corrections,” in Journal of Spacecraft and Rockets, 2009, pp. 141–150. doi: 10.2514/1.35160.
[2]          B. C. Donohoo, Application of Game Theory Based Design to U . S . Space Systems. Master Thesis, Air Force Institute of Technology, 2021.
[3]          U. C. Yilmaz, “On-orbit results for radial distances between collocated GEO satellites for RF analysis,” International Journal of Satellite Communications and Networking, vol. 40, no. 5, pp. 371–376, 2022, doi: 10.1002/sat.1453.
[4]          N. Xiao, Y. Xiao, D. Ye, and Z. Sun, “Adaptive differential game for modular reconfigurable satellites based on neural network observer,” Aerospace Science and Technology, vol. 128, no. 107759, pp. 1–17, 2022, doi: 10.1016/j.ast.2022.107759.
[5]          S. Lei, L. Quanjun, W. Hao, and X. Keqiang, “Research on Collocation Situation Analysis and Control Optimization of the BeiDou GEO Satellites,” in 2023 IEEE 6th Information Technology,Networking,Electronic and Automation Control Conference (ITNEC), Chongqing, China, 2023, pp. 631–637. doi: 10.1109/ITNEC56291.2023.10081971.
[6]          F. Amozegary, A. Kosari, and M. Fakoor, “Investigating the relative motion of two satellites corresponding to the orbital collocation strategy,” Journal of Aerospace Science and Technology Scientific, vol. 16, no. 1, pp. 101–114, 2023, doi: 10.22034/jast.2023.376290.1142.
[7]          W. Wu, J. Chen, and J. Liu, “A hybrid optimisation method for intercepting satellite trajectory based on differential game,” The Aeronautical Journal, vol. 127, no. 1312, pp. 900–922, 2023, doi: 10.1017/aer.2022.102.
[8]          İ. Öz, “Proximity monitoring of collocated satellites based on real time measurement,” Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, vol. 39, no. 2, pp. 825–834, 2024, doi: 10.17341/gazimmfd.1181262.
[9]          F. Amozegari, A. Kosari, and M. Fakoor, “Co-location of GEO satellites using differential game theory,” in 32nd International Conference on Electrical Engineering, Tehran, 2024. doi: https://doi.org/10.1109/ICEE63041.2024.10667730.
[10]        H. Maghsoudi Dehaqani, A.Kowsari, M. Fakourthaghieh, and Masoud Khoshsima, “Improvement of the method for maintaining the orbital position of a satellite in geostationary orbit with consideration of fuel consumption limitations,” Space Science, Technology and Applications, vol. 1, no. 2, pp. 49–65, 1400.
[11]        C.-C. “George” Chao and F. Hoots, Applied Orbit Perturbation and Maintenance, Second Edition. American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., Virginia, 2018. doi: 10.2514/4.989278.
[12]        M. Esmailifar, M. Mousavi, and M. Chiniforoushan, “Time-optimal Control of Spacecraft Rotational and Translational Dynamics in Orbital Rendezvous Maneuver,” Journal of Space Science, Technology and Applications, vol. 1, no. 2 , pp. 147–166, 2022.
[13]        M. Fakoor, F. Amozegary, M. Bakhtiari, and K. Daneshjou, “Relative tracking control of constellation satellites considering inter-satellite link,” Advances in Space Research, vol. 60, no. 9, pp. 2021–2046, 2017, doi: 10.1016/j.asr.2017.07.012.
[14]        H. Li, Geostationary satellites collocation, vol. 9783642407. Berlin, Germany: Springer, 2014. doi: 10.1007/978-3-642-40799-4.
[15]        G. Maral and Michel Bousquet, Satellite communications systems systems techniques and technologies. Wiley, 2009. doi: 10.1002/9781119673811.
[16]        F. Amozegary, A. Kosari, and M. Fakoor, “Investigating the effect of the relative motion of satellites on the performance of the inter-satellite link (in persian),” in 21st International Conference On Iranian Aerospace, Tehran, 2023.
[17]        R. R. Rausch, “Relative Orbit Control of Collocated Geostationary Spacecraft,” Ph.D. dissertation, Purdue University, Department of Flight Dynamics, West Lafayette, Indiana, 2012.
[18]        F. De Bruijn, “Guidance control and dynamics of a new generation of geostationary satellites,” Delft University of Technology, 2017. doi: 10.4233/uuid:e228623a-7844-48b7-97ed-0beda4d4c293.
[19]        J. M. de Juana, H. Meixner, and B. Mullet, “The challenges associated with Meteosat Third Generation collocation strategies,” in SpaceOps 2010 Conference, 2010. doi: 10.2514/6.2010-2255.
[20]        F. Amozegary, A. Kosari, and M. Fakoor, “Investigating the relative motion of two satellites corresponding to the orbital co-location strategy (in persian),” in 19st International Conference On Iranian Aerospace, Tehran, 2021.
[21]        S. P. Sethi, Applications to economics. Switzerland: Springer International Publishing, 2019. doi: 10.1007/978-3-319-98237-3.
[22]        P. R. Arantes Gilz, “Embedded and validated control algorithms for the spacecraft rendezvous,” Ph.D. dissertation, Université Paul Sabatier-Toulouse III, Department of mathematics, France, 2018.
[23]        S. C. Lee, H. D. Kim, and J. Suk, “Collision avoidance maneuver planning using GA for LEO and GEO satellite maintained in keeping area,” International Journal of Aeronautical and Space Sciences, vol. 13, no. 4, pp. 474–483, 2012, doi: 10.5139/IJASS.2012.13.4.474

  • تاریخ دریافت 08 تیر 1403
  • تاریخ بازنگری 03 آبان 1403
  • تاریخ پذیرش 17 بهمن 1403