علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

طراحی و تحلیل مکانیکی سیستم رهایش ماهواره مکعبی 6U تحت بارگذاری‌های ارتعاشی پرتابگر

نوع مقاله : مقاله منتخب

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی مکانیک، تهران، ایران
2 پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران
3 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، دانشکده مهندسی مکانیک، تهران، ایران
چکیده
با توجه به گسترش روز‌افزون ماهواره‌های مکعبی به دلیل هزینه‌های تحقیق و توسعۀ پایین آن، نیازمندی به سیستم رهایش استاندارد با قابلیت اطمینان بالا وجود دارد. سیستم رهایش ماهواره باید قادر باشدکه ماهوارۀ مکعبی را در طول پرواز به طور امن نگه داشته و از بار‌های وارد شده به آن حین پرتاب محافظت کند و پس از قرار گرفتن در مدار، ماهواره را به طور دقیق خارج سازد. سیستم‌های رهایش عمدتاً از جنس آلومینیوم است و شامل یک سیستم صفحه‌ای فنری برای قرار دادن ماهواره در مدار و یک مکانیزم قفل و رهایش برای نگه‌داری ماهواره درون سیستم رهایش حین پرتاب است. در مقاله پیش رو به طراحی و تحلیل سیستم رهایش یک ماهوارۀ مکعبی u6 پرداخته شده است. بر این اساس در ابتدا روند طراحی سازۀ سیستم رهایش تشریح شده و الزامات مرتبط با ماهواره و پرتابگر بررسی می‌شود. سپس با درنظر گرفتن الزامات مربوط به ماهواره و پرتابگر فرآیند مدل‌سازی سه بعدی سیستم رهایش در نرم‌افزار تشریح شده است. در طراحی انجام شده، یک مکانیزم قفل مکانیکی جدید بر پایه پین پولر توسعه داده شده است که دقت و پایداری قفل را در شرایط پرتاب بهبود می‌بخشد. این مکانیزم قفل، علاوه بر تحمل بارهای ارتعاشی ناشی از پرتاب، قابلیت اطمینان بالاتری در حفظ ماهواره تا لحظه تزریق به مدار فراهم می‌کند. در ادامه پس از اتمام مدل‌سازی، به تحلیل رفتاری دینامیکی آن به کمک نرم افزار ادمز و انسیس پرداخته شده و در آخر تحلیل المان محدود سازۀ سیستم رهایش ماهوارۀ مکعبی با هدف تعیین فرکانس‌های طبیعی آن و پاسخ سیستم به بارگذاری‌های اتفاقی و سینوسی انجام شده است. همچنین تحلیل‌های شبه استاتیکی و کمانش جهت اطمینان از استحکام مناسب سیستم رهایش در برابر بارهای پرتابگر انجام شده است. نتایج حاصل شده از تحلیل‌های مکانیکی و دینامیکی صورت گرفته نشان دادند که سیستم طراحی شده به خوبی می‌تواند ضمن تحمل بارهای وارده، ماهواره را به صورت مطلوب در مدار با سرعت مناسب رها سازد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

H. Heidt, J. Puig-Suari, A. Moore, S. Nakasuka, and R. Twiggs, “CubeSat: A new generation of picosatellite for education and industry low-cost space experimentation”, 2000.
[1]
A. Poghosyan and A. Golkar, “CubeSat evolution: Analyzing CubeSat capabilities for conducting science missions”, Progress in Aerospace Sciences, vol. 88, pp.:59-83, 2017.
[2]
H. J. Kim, S. Hariharan, M. Julian, and D. Macdonnell, “Technology and opportunities of photon sieve CubeSat with deployable optical membrane”, Aerospace Science and Technology, vol. 80, pp.: 212-220, 2018.
[3]
A. Chin, R. Coelho, R. Nugent, R. Munakata, and J. Puig-Suari, “CubeSat: the pico-satellite standard for research and education”, In AIAA Space 2008 Conference & Exposition, 2008, p.: 7734.
[4]
I. Nason, J. Puig-Suari, and R. Twiggs, “Development of a family of picosatellite deployers based on the CubeSat standard”. In Proceedings, IEEE Aerospace Conference, March 2002, vol. 1, p.: 1.
[5]
S. Lee, A. Toorian, N. Clemens, J. Puig-Suari, and B. Twiggs, “Cal poly coordination of multiple cubesats on the DNEPR launch vehicle”, 2004.
[6]
A. Chin, R. Coelho, L. Brooks, R. Nugent, and J. Puig-Suari, “Standardization promotes flexibility: a review of CubeSats’ success”, Aerospace Engineering, vol. 805, pp.: 756-5087, 2008.
[7]
C. Anderson, R. Cuerdon, B. Kelsey, and N. Petilli,”Design and Analysis for a CubeSat Mission-III”. Worcester Polytechnic Institute, Worcester, Massachusetts, 2020.
[8]
M. Swartwout, “The first one hundred cubesats: A statistical look”. Journal of small Satellites, vol. 2, no. 2, pp.: 213-233, 2013.
[9]
S. Roemer, and S. Stoltz, “SPL light weight deployment mechanism for single CubeSats and DPL for double CubeSats”, In Symposium on Small Satellite Systems and Services (4S), Funchal, Madeira, Portugal, May 2010.
[10]
C. A. Bernal, and M. Van Bolhuis, “Releasing the cloud: A deployment system design for the qb50 cubesat mission”, 2012.
[11]
J. Guo, J. Zhang, C. Yue, and F. Wang, “Modeling of the CubeSat deployment and initial separation angular velocity estimation”, Aerospace Science and Technology, vol. 95, p.:105477, 2019.
[12]
A. Thurn, S. Huynh, S. Koss, P. Oppenheimer, S. Butcher,  J. Schlater, and P. Hagan, “A nichrome burn wire release mechanism for CubeSats”. In The 41st Aerospace Mechanisms Symposium, Jet Propulsion Laboratory, May 2012, pp.: 479-488.
[13]
M. Bellini, and A. Calvi, “Dynamic Analysis and loads definition for the structural design of the Euclid spacecraft”. In ISMA 2014-USD 2014 Conference, 2014.
[14]
S. Lee, “Coordination of Multiple CubeSats on the Dnepr Launch Vehicle”. California Polytechnic State University, 2006.
[15]
J. J. Wijker, “Spacecraft Design Loads”, Spacecraft Structures, pp.: 27-69, 2008.
[16]
C. A. Bernal, and M. Van Bolhuis, “Releasing the cloud: A deployment system design for the qb50 cubesat mission”, 2012.
[17]
H. Heidt, J. Puig-Suari, A. Moore, S. Nakasuka, and R. Twiggs, “CubeSat: A new generation of picosatellite for education and industry low-cost space experimentation”, 2000.
[18]
A. Chin, R. Coelho, R. Nugent, R. Munakata and J. Puig-Suari, “CubeSat: the pico-satellite standard for research and education”, In AIAA Space 2008 Conference & Exposition, September 2008, p.: 7734.
[19]
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.
Z. Daneshjoo, F. Shokri,”Layout and Configuration Design of a Remote Sensing Satellite Subsystems”, Journal of Space Science, Technology and Applications, vol. 4, no.1, pp.:39-51, 2024. (In Persian)
S. M. N. Ghoreishi, M. Aminjafari, A. Sedaghati, and E. Zabihian,” Design, Analysis and Structural Test of Telecommunication Satellite Based on ECSS Standard”, Journal of Space Science, Technology and Applications, vol. 3, no. 1, pp.: 48-63, 2023. (In Persian)
[20]
 
 
 
 
 
[21]
 
 
 
 
[22]
A. Poghosyan, and A. Golkar, “CubeSat evolution: Analyzing CubeSat capabilities for conducting science missions”, Progress in Aerospace Sciences, vol. 88, pp.: 59-83, 2017.
M. Fakoor, M. Taghinezhad, and A. R. Kosari, “Review of method for optimal layout of satellite components”, Modares Mechanical Engineering, Vol. 13, no. 9, pp.: 126-137, 2013. (In Persian)
[23]
 
 
 
[24]
Fakoor, M., Ghoreishi, S. M. N., & Sabaghzadeh, H. (2016). Spacecraft component adaptive layout environment (SCALE): An efficient optimization tool. Advances in Space Research, 58(9), 1654-1670.
[25]
R. Hiller, “Design of a CubeSat Separation Mechanism”, 2017.
[26]
T. P. Sarafin, and W. J. Larson, “Spacecraft structures and mechanisms: from concept to launch”, 1995.
[27]
Soyus User’s Manual, Issue 2, Revision 0, 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.
[29]
R. G. Budynas, and J. K. Nisbett, “Shigley's mechanical engineering design”, New York: McGraw-Hill, vol. 9, 2011, pp.: 409-473.
 
 
[30]

  • تاریخ دریافت 15 مرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 10 آبان 1403
  • تاریخ پذیرش 22 اردیبهشت 1404