مقاله بررسی جامع ماهواره

دسته: فنی و مهندسی
بازدید: 25 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 140 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 48

مقاله بررسی جامع ماهواره در 48 صفحه ورد قابل ویرایش

قیمت فایل فقط 4,000 تومان

مقاله بررسی جامع ماهواره در 48 صفحه ورد قابل ویرایش

ماهواره:

با پرتاب ماهواره اسپاتنیك (Sputnik) در سال 1957 میلادی عصر تسخیر مدارهای آسمانی توسط انسان آغاز گردید. اولین ماهواره توسط شوروی سابق پرتاب گردید. این ماهواره همانند یك توپ نقره ای بود و كمتر از یك فوت اندازه داشت همچنین دارای آنتهایی بود كه صدای بیپ بیپ را به زمین مخابره می كرد تا ما متوجه شویم كه آنها اولین ها در فضا هستند. ولی به فاصله بسیار اندكی بعد از آن ماهواره معروف اكسپلورر – 1 (Explorer-1)  توسط آمریكا به فضا پرتاب گردید. رقابت این دو كشور موجب گردیدند تا تعداد ماهواره های پرتاب شده به شدت افزایش یابند. به تدریج كشورهای دیگر نیز با كمك دوابر قدرت جهانی موفق به ساخت و پرتاب ماهواره گردند. هم اكنون بالغ بر پنج هزار ماهواره حول زمین در حال گردش هستند و مأموریتهای مختلفی را انجام می دهند.

ما همه نوع اطلاعات از ماهواره كسب می‌كنیم بعضی از مواردی كه برای دستیابی به ‌آنها از ماهواره ها استفاده می‌كنیم عبارتند از:

-         اطلاعات هواشناسی مانند بارش باران، برف، ابر بودن هوا، درجه حرارت.

-          اطلاعات اقیانوسها مانند دمای آنها، امواج، موقعیت كوههای یخی شناور.

-          اطلاعات دیگر مانند لایه اوزن و تأثیر خورشید بر روی زمینه مغناطیسی كرة زمین.

-         اطلاعات جاسوسی و عكسبرداری از مناطق مختلف كره زمین.

هر ماهواره با توجه به تجهیزات و پیشرفتگی آن دارای عمری محدود می با شد. ماهواره هایی كه در مدار پایین جو زمین (LEO) حدوداً چند صد كیلومتر بالاتر از زمین حركت می‌كنند ممكن است به طور اتفاقی به داخل جو زمین كشیده شوند وسپس بسوزند.

ماهواره هایی كه در قسمت بالاتر قرار دارند ممكن است برای مدت زیادی در آنجا قرار گیرند. فضاپیماهایی مانند ویجر 1و2 كه به قسمت خارج منظومه شمسی فرستاده شده اند، هنوز درحال حركت و جلو رفتن هستند. آنها مظومه شمسی را ترك نكرده اند اما زمانی كه این كار را بكنند به رفتنشان ادامه خواهند داد. چیز زیادی بیرون بین ستارگان وجود ندارد. سرما و تاریكی در آنجا حكمفرماست. انرژی آنها تمام خواهد شد. اما بر روی هر فضا پیمایی یك پلاك به همراه علائم و تصاویری قرار داده شده است.

بنابراین اگر شخصی در آنجا آنها را پیدا كند فضا پیماها دارای نقشه ای هستند كه آن اشخاص بتوانند بیایند و ما را پیدا كنند. هر چند شانس خیلی كمی وجود دارد كه شخصی آنها را پیدا كند.

علاوه بر این، كشور روسیه تا جایی پیش رفته است كه به پرتاب ماهوارة حامل موجودات زنده به فضا اقدام كرده است. یك موشك روسی ماهواره تحقیقاتی حامل موجودات زنده را برای انجام آزمایشات علمی در یك مأموریت دو هفته ای به مدار فرستاد. ماهوارة Photon حامل موجودات زنده ای چون عقرب، خرچنگ، سمندر آبی و مارمولك می باشد كه به فضا پرتاب شده و پس از پایان دو هفته مأموریت به زمین باز خواهد گشت. این ماهواره توسط یك موشك «سایوز» از پایگاه بایكونور در قزاقستان پرتاب شد.

كشور عزیز ما ایران نیز از قافله عقب نماند، و نخستین ماهواره ایران به كمك روسیه از پایگاه روسی پلستسك به مدار زمین فرستاده شد.

ماهوارة سینا یكی از چهار مسافر موشك كاسموس 3 روسیه بود كه به فضا فرستاده شده و در ارتفاع 700 كیلومتری از سطح زمین در مدار معین خود قرار گرفت. روسیه، چین، بریتانیا نیز ماهواره خود را همسفر سینا – 1 كرده بودند. ساخت این ماهواره 32 ماه به طول انجامید. این ماهواره تحقیقاتی و دارای سیستمی مخابراتی و دو دوربین است كه با دقت 250 و 50 متر از منابع طبیعی و محصولات كشاورزی تصویر می گیرد. همچنین بعد از حوادث طبیعی نظیر زلزله می توان از این ماهواره برای تسهیل عملیات امداد كمك گرفت. وزن تقریبی این ماهواره 170 كیلو گرم است.

ایران اكنون چهل و سومین كشوری است كه در فضا ماهواره دارد. ماهوارة مصباح نیز در شرف تكمیل شدن و پرتاب قرار دارد. این ماهواره نیز توسط سازمان فضایی روسیه در مدار قرار می گیرد. كاربرد ماهوارة مصباح، ذخیره و ارسال اطلاعات است كه كار آن اتصال بین ایستگاه های زمینی به صورت ذخیره و ارسال، تشخیص منابع و معادن، هواشناسی و كنترل ها سامانه های انتقال برق،‌ نفت و گاز است. ارتفاع ماهوارة مذكور 1000 كیلومتر است. در مدار ارتفاع پایین (LEO) قرار می‌گیرد. وزن آن 75 كیلوگرم و اندازه اش 80*50*50 سانتیمتر می باشد كه می توان این ماهواره را در زمرة میكرو ماهواره ها قرار داد. تعداد دور آن در شبانه روز 14 دور خواهد بود و 45 دقیقه می توان آنرا در شبانه روز رویت كرد. طول عمر مفید این ماهواره 3 سال است. علاوه بر این ماهواره: زهر نیز كه یك ماهوارة ملی است در شرف پرتاب قرار دارد.

ماهواره یك سیستم مخابراتی، التكریكی و مكانیكی و ... است. اگرچه عمده ترین وظیفه یك ماهواره دریافت و ارسال اطلاعات از و به ایستگاه زمین است. ولی در این بین مجموعه های دیگری نیز فعالیت می كنند كه عملكرد صحیح مخابراتی ماهواره وابسته  به صحت و كاربرد آنها نیز می باشد.

ماهواره ها با توجه به نوع مأموریتی كه انجام می دهند بر اساس پارامترهای مختلف به انواع گوناگون دسته بندی می گردند.

تقسیم بندی ماهواره ها را می توان به گونه های زیر نام برد:

1-   تقسیم بندی بر اساس وزن

2-    تقسیم بندی بر اساس مأموریت

3-    تقسیم بندی بر اساس مدار حركت

در نوع اول از تقسیم بندی ماهواره ها به انواع زیر تقسیم می شوند.

1-   ماهواره های بزرگ

2-   ماهواره های متوسط

3-   ماهواره های كوچك (Mini)

4-   ماهواره های ریز (Micro)

5-    ماهواره های ریزتر (nano)

6-   ماهواره های خیلی ریز (Pico)


بیش از 1000 كیلوگرم

بین 500 تا 1000 كیلوگرم

بین 100 تا 500 كیلوگرم

بین 10 تا 100 كیلوگرم

كمتر از 10كیلوگرم

كمتر از 1 كیلوگرم

درنوع دوم از تقسیم بندی، ماهواره ها به ماهواره های ناوبری و هدایت، نقشه برداری، تصویری، هواشناسی، تجسسی و چند منظوره كه هر كدام عملیات خاصی را انجام می دهند تقسیم می گردند.

در نوع سوم از دسته بندی، مدار ماهواره ها گوناگون می باشد كه چند نمونه از آنها  مدار ژئو سنكرون، مدار كوتاه یا مدار پایین (LEO) و ... می باشد.

فلسفه اصلی ظهور و توسعه ماهواره های كوچك، راهی برای كاهش هزینه روز افزون ماموریتهای فضایی و بر چند دلیل عمده متكی است. اولین دلیل كوچك سازی در صنایع الكترونیك است.

با دقت در روند تكامل محصولات الكترونیكی بویژه در سیستمهای فضایی می توان پی برد كه اینگونه محصولات روز به روز كوچكتر، كاراتر و ارزانتر شده اند. امروزه حتی كامپیوتر وحافظه های غیر فضایی تواناتر از سیستمهای فضایی گذشته می‌باشند. دومین عامل ظهور پرتاب كننده های كوچك است. كشورهای دارای تكنولوژی پرتاب از پرتاب كننده های كوچك حمایت می‌كنند. به عنوان مثال روسیه موشكهای فضایی خود را به منظور بكارگیری، جهت پرتاب ماهواره های كوچك اصلاح كرده است. حتی روسیه طرحی فراتر برای موشكهای نظامی خود نیز ارائه كرده است. دانشمندان فضایی روسیه طرحی را پیشنهاد كرده اند كه بر اساس آن ماهواره های كوچك با استفاده از یك موشك جامد سوز كه در زیر بال هواپیمای میگ نصب می شود راهی مدار گردند. این موشك ایشیم نام دارد و درحال حاضر یك گروه از دانشمندان روس و قزاق بر روی اجرایی كردن طرح مذكور فعالیت دارند. مكانیزم كار به این صورت خواهد بود كه هواپیمای میگ –  31 محموله
(شامل موشك بالابرنده و ماهواره ) را به ارتفاعی در حدود 25 تا 30 هزار متر می‌رساند و سپس آنر ارها می سازد و سپس موشك ایشیم به طور مستقل ماهوارة 16 كیلوگرمی را به مداری در حدود 200 كیلومتری خواهد رساند. از ویژگیهای آن این است كه به تنها از امنیت بیشتری نسبت به موشكهای مایع سوز فعلی برخودار است بلكه به لحاظ عدم آلودگی محیط زیست نیز از آنها پیشی می گیرد. عامل سوم این است كه به دلیل ساده تر بودن خطر پذیری كمتر و هزینه پایینتر بكارگیری ماهواره های كوچك در مدار پایین تمایل كشورهای در حال توسعه به پا نهادن در این عرصه افزایش چشمگیری یافته است. اگر چه عملكرد ماهواره های كوچك در تمام جنبه ها نمی تواند حریف ماهواره های بزرگ شود ولی از آنجایی كه در تمام مراحل ساخت و طراحی تحت كنترل مستقیم كشور مربوط قرار دارند از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشند.



تاریخچه شناسایی و كنترل وضعیت ماهواره :

برای آنكه ماهواره ها بتوانند مأموریتشان را به درستی انجام دهند و اهداف مورد نظر را برآورده كنند لازم است كه وضعیتشان (جهتشان) درفضا كنترل شود. دربررسی كنترل وضعیت ماهواره نخستین پرسشی كه پیش می آید شناسایی وضعیت ماهواره و چگونگی صحت و یا عدم صحت اطلاعات درمورد حالت كنونی آن است تا بتوان درقدم بعدی به تصحیح آن از طریق اعمال كنترل پرداخت. بهمین علت دقت عملكرد زیرسیستم شناسایی وضعیت از اهمیت ویژه ای برخوردار است. علاوه بر آن یكی از مهمترین زیر سیستمها نیز سیستم كنترل وضعیت است كه وظیفه جهت دهی و نگهداشتن جهت ماهواره را برعهده دارد. درواقع سیستم كنترل وضعیت ماهواره به كمك عملكردها و قوانین كنترل، جهت ماهواره را كنترل و آنرا پایداری می نماید. با توجه به مأموریت ماهواره از عملگر ها و قوانین كنترل متفاوت استفاده می شود.

مسأله شناسایی و كنترل وضعیت ماهواره توسط بسیاری از محققین مورد بررسی قرارگرفته است. كه هریك از این تحقیقات دارای نقاط قوت و ضعفی است.

1.  آقای فن و همكاران به مسئله كنترل وضعیت با استفاده از كنترلر PD پرداخته است  دراین كار برای بهبود دقت سمت یابی ماهواره های كوچك از یك چرخ ممنتومی (MW) واقع در محور Pitch ماهواره و میله های مغناطیسی سه محور به عنوان عملگرهای ماهواره برای تولید گشتاور كنترلی استفاده شده است. این طراحی برای ماهواره های كوچك كه در مدار LEO هستند، طراحی شده است. زیرا میله های مغناطیسی تنها می توانند درمدارات LEO كاربرد داشته باشند. ولی این عیب همین روش است . [11]

2.  آقای شوو همكاران یك كنترلر PID مقاوم برای سیستم كنترل وضعیت ماهواره طراحی كرده اند. دراین كار ساختار كنترلر PID برای كنترل وضعیت استفاده شده است و از مفاهیم تئوری كنترل غیر خطی HOO برای مقاوم بودن سیستم نسبت به اغتشاشات وارد به سیستم ماهواره استفاده  شده است. حسن این روش كنترل برروی مانور ماهواره حول زوایای بزرگ می باشد. اما استفاده  از تئوری  كنترل مقاوم و غیر خطی گرچه منجر به طراحی یك كنترلر با عملكرد مطلوبتر می شود ولی غالباً‌ طراحی و پیاده سازی چنین كنترلر هایی پیچیده و دشوار است. [12]

3.  آقای تسیو تراس و همكاران مساله تنظیم را برای معادلات دینامیك سرعت زاویه‌ای برای یك جسم صلب چرخشی حل كردند و با حل این معادلات كنترل‌های خطی بهینه و زیر بهینه نتیجه شده است. ساختار كنترلرهای ساده بوده ولی عیب آن این است كه كنترلی برروی زوایای وضعیت (زوایان اویلر) صورت نمی گیرد و كنترل تنها برروی سرعت زاویه ای (نرخ زوایای اویلر) انجام می گیرد. [13]

4.  آقای لاوتون و همكاران برای مساله كنترل وضعیت یك كنترلر بهینه با حل معادلات همیلتون – جاكوبی – بلمن طراحی كرده اند استفاده از این روش سبب بهبود پاسخ كنترل و ساده شدن حل معادلات بهینه شده است. [14]

5.  آقای پارك و همكاران مساله كنترل وضعیت سه محوره ماهواره رابررسی كرده و دراین كار عدم قطعیتهای ماتریس اینرسی سیستم را نیز لحاظ كرده اند. مزیت این روش ای است كه ماهواره می توان حول زوایای بزرگ مانور انجام دهد. دراین كارگشتاورهای اغتشاشی وارد برماهواره لحاظ نشده است. [15]

6.  آقای شو وهمكاران با استفاده از فیدبك حالت غیرخطی، كنترل وضعیت ماهواره را برای مانورهای بزرگ انجام داده اند و كنترلر طوری طراحی شده كه سیستم نسبت به اغتشاشات وارد برماهواره مقاوم باشد. انجام مانور با زوایای بزرگ برای سیستم وضعیت باتوصیف دینامیكهای غیر خطی همواره بوده و كنترل آن نیز غیرخطی خواهد بود كه مشكل پیاده سازی كنترل غیرخطی وجود دارد [16]

7.  آقای باسالیس و همكاران مساله كنترل وضعیت ماهواره را با استفاده  از روش تطبیقی بررسی كردند و قانون كنترل تطبیقی برای زوایایی كوچك طراحی شده است. گشتاور اغتشاشات حذف شده است. همچنین دراین كار تنها گشتاور آیرودینامیكی وارد بر ماهواره درنظر گرفته شده است و از بقیه گشتاورهای اغتشاشی صرفنظر شده است. پیاده سازی قانون كنترل دراین حالت ساده می باشد. تصحیح نكردن قانون كنترل درمقابل اغتشاشات موجب نامحدود شدن پارامترهای كنترل شده و سیستم كنترل تطبیقی دارای عملكرد نامطلوب خواهد بود. و از نظر عملی سبب می شود كه انتگرال گیرها به حالت اشباع برسند [17]

8.  آقای تابودا و همكاران برای كنترل وضعیت یك ماهواره خاص از كنترل فازی استفاده كرده اند. اما دراین حالت از عملگر موجود به صورت بهینه استفاده نشده و نتایج حاصله ازدقت خوبی برخوردار نبوده اند. زیرا عملگرهای مورد استفاده توانایی ایجاد گشتاور كنترلی لازم را دربازه خواسته شده توسط كنترل كننده فازی مربوطه دارا نبوند. [18]

9.  آقای كری و همكاران با استفاده از كنترل لغزشی (Sliding control) پایداری سیستم ماهواره را درمقابل عدم قطعیت ها بررسی كرده اند. اگر چه الگوریتم ارائه شده باعث ایجاد عملكردی مناسب برای ماهواره بوده است اما این روش برای ماهواره های كوچك به دلیل توان مصرفی زیاد كاربرد ندارد. [19]

10.آقای نتو و همكاران به منظور كنترل وضعیت و برای بررسی پایداری ماهواره بابایاس اندازه حركت زاویه ای از روش دوم لیاپانوف و با توجه به عدم قطعیت درماهواره واعمال اغتشاشات محدود از كنترل كننده تطبیقی استفاده كرده اند اما پایداری ماهواره با وجود كنترل كننده تطبیقی تضمین نشده است[20].

11.آقای تسوچیا و همكاران یك روش كنترلی نوع PI برای یك ماهواره با گشتاور دهنده های مغناطیسی ارائه كرده اند. عیب این روش درآن بود كه فقط گشتاور دهنده های مغناطیسی بكارمی رفت. درنتیجه فقط برای كنترل وضعیت ماهواره های مدار پایین كاربرد داشت. بعلاوه قانون كنترل PI یك قانون كنترل خطی بود و لازم بود كه دینامیك ماهواره دركلیه نقاط مسیر ماهواره خطی سازی شود وسپس این قوانین اعمال گردد. [21]

12.آقای هودگارت و همكاران برای كنترل وضعیت از الگوریتهای خاموش- روشن برای كنترل وضعیت یك ماهواره مدار پایین استفاده  كرده اند. بكارگیری الگوریتهای ارائه شده، دقت سیستم كنترل وضعیت را به كمتر از رسانده ومصرف انرژی حداقل رابه دنبال خواهد داشت. اكثر ماهواره هایی كه از قانون كنترلی خاموش –روشن استفاده می كنند از گشتاوردهنده های مغناطیسی به عنوان عملگر استفاده  می كنند كه درنتیجه درارتفاعات مداری بالا كاربرد چندانی ندارد. [22]

قیمت فایل فقط 4,000 تومان

برچسب ها : تحقیق بررسی جامع ماهواره , پروژه بررسی جامع ماهواره , مقاله بررسی جامع ماهواره , دانلود تحقیق بررسی جامع ماهواره , بررسی جامع ماهواره , ماهواره