علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

طراحی و تحلیل دینامیکی مکانیزم گسترش یابنده آنتن‌های رفلکتور مشی برای ماهواره مکعبی

نوع مقاله : مقاله منتخب

نویسندگان
1 دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده مهندسی مکانیک، تهران، ایران
2 پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران
3 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، دانشکده مهندسی مکانیک، تهران، ایران
چکیده
در اعماق فضا، چالش‌های ذاتی ناشی از مسافت‌های طولانی و شرایط سخت محیطی، نیازمند فناوری‌های پیشرفته‌ای برای غلبه بر این موانع و ارتقای ارتباطات فضایی است. این مقاله، روشی نوآورانه برای طراحی آنتن رفلکتوری با استفاده از مکانیزم رفلکتور مشی بازشونده یک متری در باندهای X و Ka ارائه می‌دهد. این روش با بهره‌گیری از مزایای ساختار شبکه پویا، انعطاف‌پذیری بی‌نظیری را در سازگاری با ابعاد مختلف سازه‌های فضایی به ارمغان می‌آورد. آنتن رفلکتور مشی ارائه شده در این مقاله، قابلیت جمع شدن در فضایU 3 را دارد که حمل و نقل آن را به طور قابل توجهی آسان‌تر می‌کند. این آنتن بعد از قرارگیری ماهواره در مدار و با استفاده از مکانیزم‌های درنظر گرفته شده برای آن، تا ابعاد 1 متر گسترش می‌یابد و به این ترتیب، سطح پوشش وسیع‌تری را برای تبادل اطلاعات ارائه می‌دهد. تحلیل‌های دینامیکی دقیق نشان داده‌اند که مکانیزم طراحی شده بدون استفاده از استپ موتورها و با به کارگیری سیستم دمپر و فنر، قابلیت باز کردن آنتن با سرعت و گشتاور مناسب را دارد. این امر به نوبه خود، لرزش و اغتشاش وارده به ماهواره را به حداقل می‌رساند و پایداری آن را در حین عملیات به طور چشمگیری افزایش می‌دهد. این روش نوآورانه پتانسیل قابل توجهی برای ارتقای کیفیت و کارایی انتقال اطلاعات در اعماق فضا را دارد و می‌تواند به طور قابل توجهی به پیشرفت فناوری‌های فضایی کمک کند. کاربردهای این روش در طیف وسیعی از حوزه‌های فضایی از جمله ماهواره‌های مخابراتی، ناوبری و سنجشی، نویدبخش تحولات چشمگیری در این زمینه است
کلیدواژه‌ها
موضوعات

 
[1] S. Abulgasem, F. Tubbal, R. Raad, P. I. Theoharis, S. Lu, and S. Iranmanesh, “Antenna Designs for CubeSats: A Review,” IEEE Access, vol. 9, pp. 45289–45324, 2021.
[2] Y. Tsuda, N. Sako, T. Eishima, T. Ito, Y. Arikawa, N. Miyamura, A. Tanaka, S. Nakasuka, “University of Tokyo’s CubeSat Project-Its Educational and Technological Significance,”  in Proceedings of the 15th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites, Logan, UT, USA, 13–16 August 2001.
[3] F. Tubbal, R. Raad, K.-W. Chin, L. Matekovits, B. Butters, and G. Dassano, “A high gain S-band slot antenna with MSS for CubeSat,” Annals of Telecommunications, vol. 74, no. 3–4, pp. 223–237, Nov. 2018.
[4] Y. Yin, M. Lv, L. Ma, and X. Sun, ‘‘Research on the development of frequency reconfigurable antenna and polarization reconfigurable antenna,’’ IOP Conf. Ser., Earth Environ. Sci., vol.242, Mar.2019,Art. no. 022051.
[5] Al-Yasir et al., ‘‘A new polarization-reconfigurable antenna for 5G applications,’’ Electronics, vol. 7, no. 11, p. 293, 2018.
[6] I. B. Mabrouk, M. Al-Hasan, M. Nedil, T. A. Denidni,  and A. Sebak, ‘‘A novel design of radiation pattern-reconfigurable antenna system for millimeter-wave 5G applications,’’ IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 68, no. 4, pp. 2585–2592, Apr. 2020.
[7] M. A. Hossain, I. Bahceci, and B. A. Cetiner, ‘‘Parasitic layer-based radiation pattern reconfigurable antenna for 5G communications,’’ IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 65, no. 12, pp. 6444–6452, Dec. 2017.
[8] A CubeSat for Calibrating Ground-Based and Sub-OrbitalMillimeter-Wave Polarimeters (CalSat)
[9] l-Yasir et al., ‘‘A new polarization-reconfigurable antenna for 5G applications,’’ Electronics, vol. 7, no. 11, p. 293, 2018.
[10] I. B. Mabrouk, M. Al-Hasan, M. Nedil, T. A. Denidni,  and A. Sebak, ‘‘A novel design of radiation pattern-reconfigurable antenna system for millimeter-wave 5G applications,’’ IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 68, no. 4, pp. 2585–2592, Apr. 2020.
[11] J. R. Piepmeier et al., “SMAP L-band microwave radiometer: Instrument design and first year on orbit,” IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 55, no. 4, pp. 1954–1966, 2017.
[12] Y. Al-Yasir, N. O. Parchin, I. Elfergani, R. Abd-Alhameed, J. Noras, J. Rodriguez, A. Al-jzari, and W. Hammed, "A new polarization-reconfigurable antenna for 5G wireless communications," in Proc. 9th Int. Conf. Broadband Commun., Netw., and Syst., Faro, Portugal, Sep. 2018
[13] N. Chahat, R. E. Hodges, J. Sauder, M. Thomson, and Y. Rahmat-Samii, “The Deep-Space Network Telecommunication CubeSat Antenna: Using the deployable Ka-band mesh reflector antenna.,” IEEE Antennas Propag. Mag., vol. 59, no. 2, pp. 31–38, 2017.
[14] P. Focardi, P. Brown, and Y. Rahmat-Samii, “A 6-m mesh reflector antenna for SMAP: Modeling the RF performance of a challenging earth-orbiting instrument,” in 2011 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation (APSURSI), 2011, pp. 2987–2990.
[15] R. Nie, B. He, S. Yan, and X. Ma, “Optimization design method for the cable network of mesh reflector antennas considering space thermal effects,” Aerosp. Sci. Technol., vol. 94, p. 105380, 2019.
[16] Safarabadi, M., and S. Bazargan. "Prediction of equivalent static loads act on a micro satellite via modal analysis." Engineering Solid Mechanics 3.2 (2015): 75-84.   
[17] Safarabadi, M., H. Haghshenas, and H. Kelardeh. "Design of micro-vibration isolation system for a remote-sensing satellite payload using viscoelastic Materials." Engineering Solid Mechanics 8.1 (2020): 69-76.
[18] Emami, H. Farhani, O. and Safarabadi, M.. "Influence of modal effective mass distribution on the static and dynamic behavior of a satellite structure under base excitations." Material Science Research of India 5.2 (2008): 209-218. 
[19] M. R. V. Moghadam, and M. Shariyat, "Investigation of a micro satellite structural properties on its effective vibration modes," in Proc. 5th International Conference on Acoustics and Vibration (ICAV), Tehran, Iran, 2015.
[20] Roosta, M. R., and Safarabadi, M.. "Study of mass reduction possibility of a cubic microsatellite by replacing isogrid structure with sandwich panel structure using finite element analysis." Modares Mechanical Engineering 16.9 (2016): 241-248.
[21] G. Yang, D. Yang, Y. Zhang, and J. Du, "Form-finding design of cable-mesh reflector antennas with minimal length configuration," Aerospace Science and Technology, vol. 63, pp. 9–17, 2017. doi: 10.1016/j.ast.2016.11.010.
[22] S. K. Podilchak, D. Comite, B. K. Montgomery, Y. Li, V. Gomez-Guillamon Buendia, and Y. M. M. Antar, "Solar-panel integrated circularly polarized meshed patch for CubeSats and other small satellites," IEEE Access, vol. 7, pp. 104806–104814, 2019. 
[23] M. W. Thomson, "ASTROMESH™ deployable reflectors for Ku- and Ka-band commercial satellites," 20th AIAA International Communication Satellite Systems Conference and Exhibit, Montreal, Quebec, Canada, 12-15 May 2002, p. 2032
[24] V. Manohar, "Electromagnetic characterizations of mesh deployable Ka-band reflector antennas for emerging CubeSats," Ph.D. dissertation, University of California, Los Angeles, 2016.
[25] L. Zhao, J. Liu, D. Yang, and Y. Li, "Uniform-tension form-finding design for asymmetric cable-mesh deployable reflector antennas," Mathematical Problems in Engineering, vol. 2016, Article ID 45158, 2016.
[26] محمد سالاری، "طراحی و ساخت مکانیزم‌های حرکتی آنتن یک ماهواره مخابراتی"، مجله علوم و فناوری فضایی، تابستان ۱۳۹۵، دانشکده فنی و مهندسی قم.
دوره 4، شماره 2
اسفند 1403
صفحه 91-104

  • تاریخ دریافت 15 مرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 21 آذر 1403
  • تاریخ پذیرش 17 دی 1403