مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ملاقات زمان-بهینه زباله فضایی با بهره گیری از سامانه تدر الکترودینامیک

نویسندگان
1 دانشگاه تهران
2 استادیار دانشگاه تهران - دانشکده علوم و فنون نوین
چکیده
در این پژوهش، شبیه‌سازی و کنترل بهینه سامانه تدر الکترودینامیک به عنوان یک سامانه نیروی محرکه‌ی فضایی جدید و ارزان بررسی شده است. این سامانه بدون نیاز به سوخت با استفاده از برهمکنش جریان الکتریکی درون تدر با میدان مغناطیسی زمین، شتاب مورد نیاز برای انجام مانورهای مداری را می‌تواند تامین کند. به همین دلیل تدر الکترودینامیک گزینه‌ی بسیار مناسبی جهت انجام ماموریت‌های پاکسازی فضا از زباله‌های فضایی است. در این راستا، ابتدا دینامیک سامانه تدر و میدان مغناطیسی زمین در نرم‌افزار سیمولینک متلب شبیه‌سازی شده و تغییرات عناصر مداری کلاسیک و امکان‌سنجی انجام مانورهای مداری مورد بررسی واقع شده است. همچنین به بررسی حرکت نسبی و ملاقات به وسیله تدر، دستگاه مختصات مناسب، شرایط مسئله و روش حل پرداخته شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد این سامانه جهت انجام انواع مانورهای مداری در صفحه و خارج از صفحه با بازه زمانی بزرگ در مدارهای کم ارتفاع زمین قابل استفاده است. مسئله ملاقات دو بعدی با زباله فضایی نیز با استفاده از روش مرتب‌سازی مستقیم در نرم‌افزار متلب و توسعه یک برنامه حل‌کننده متناسب با مسئله موجود و رفع محدودیت‌های آن، حل شده و کنترل بهینه جهت انجام ماموریت ملاقات در زمان کمینه به دست آمده و مسیر بهینه مشخص شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Time-Optimal Rendezvous of the Space Debris USING Electro-dynamic Tether System (EDT)

نویسندگان English

Hamid Gazerpour 1
Mohamad Ali Amiri Atashgah 2
چکیده English

In this paper, simulation and time-optimal control of an electro-dynamic tether system as a new and inexpensive form of space propulsion system are investigated. The EDT, can provide desired acceleration by interaction between a current in the tether wire and earth’s magnetic field, without any fuel consumption, for any orbital maneuvering. For this reason, it is an appropriate choice for space debris mitigation missions. In this work, firstly, dynamics of the EDT, together with the earth’s magnetic field are simulated. Secondly, exploiting the developed simulation tool-set, variations of classical orbital elements are observed and then feasibility studies of non-impulsive orbital maneuvers are conducted. In this manuscript, distinctly, relative motion and rendezvous by means of the EDT, adoption of appropriate coordinate system, problem conditions and also the method of solution are discussed. Simulation results demonstrate that the EDT can perform a wide range of in-plane and out-of-plane orbital maneuvers in low-earth-orbits (LEO). Eventually, an in-plane rendezvous problem with space debris, is solved by implementation of Direct Collocation method in Matlab by developing a solver program and resolving its limitations with respect to optimal rendezvous problem using electrodynamic tether, and then optimal control in a minimum-time condition, and also optimal trajectory are obtained.

کلیدواژه‌ها English

Electrodynamic Tether System
Space Rendezvous
Space Debris
Optimal Control