کنترل مداری خودگردان: رویکردی نوین در ماهواره‌های LEO

نوع مقاله : علمی- ترویجی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

 امروزه، به جهت کاهش هزینه‌ها، استفاده از ماهواره‌های کوچک در مدار ‏LEO‏ مورد استقبال قرار ‏گرفته است. با افزایش ماموریت‌های سنجشی در این مدار که نیاز به ماهواره‌هایی با دقت مداری بالا دارد، ‏کنترل مداری ماهواره‌های ‏LEO‏ در کنار کنترل وضعیت آن‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. ‏تحقیقات اخیر تلاش‌کرده‌اند تا با ارائه سامانة کنترل مداری خودگردان ‏بر دقت سامانه بیفزایند و ازسوی دیگر هزینه‌ها را بیش از پیش کاهش دهند. این سامانه با حفظ تمام و یا تعدادی از المان‌های مداری ماهواره توسط خود ماهواره، دخالت نیروی انسانی در ایستگاه زمینی را کاهش می‌دهد و در نتیجه نیاز به تعدد ایستگاه‌های ‏زمینی را مرتفع خواهد ساخت. همچنین، این سامانه علاوه بر کاهش هزینه‌ها و افزایش دقت، قابلیت‌هایی را به ماموریت‌های فضایی می‌افزاید که پیش از این وجود نداشته‌اند. این تحقیق با بیان ویژگی‌های سامانة کنترل مداری خودگردان و نیز بررسی تحقیقات نظری و عملی در این رابطه به تحلیل رویکردهای استفاده از این سامانه خواهد پرداخت.

کلیدواژه‌ها


[1]Ley, W., Wittmann, K. and Hallmann, W., Handbook of Space Technology, Vol. 22. John Wiley & Sons, 2009.
[2] Anthony, J., “Autonomous Space Navigation Experiment,” Space Programs and Technologies Conference, Huntsville, Alabama, 1992.
[3] Wertz, J. R., Collins, J.T., Dawson, S., Koenigsmann, H. J. and Potterveld, C. W., “Autonomous Constellation Maintenance,” IAF Workshop on Satellite Constellations, Toulouse, France, 1997.
[4] Gurevich, G., Bell, R. and Wertz, J. R. “Autonomous On-board Orbit Control:Flight Results and Applications,” AIAA 2000 Conference and Exposition, Long Beach, California, 2000.
[5] محمد مهدی توکلی، کنترل پیش‌بین مدل- پایه مدار یک ماهوارة ارتفاع پایین با استفاده از معادلات ‏تغییراتی گاوس، (پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی هوافضا)، دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، 1391.
[6] Schreier, G. and Dech, S., “High Resolution Earth Observation Satellites and Services in the Next Decade-a European Perspective,” Acta Astronautica, Vol. 57, Issues 2-8, 2005, pp. 520-533.
[7] Collins, John, Simon Dawson, and James Wertz. “Autonomous Constellation Maintenance System,” 10th Annual AIAAlUSU Conference on Small Satellites, 1996.
[8] Wertz, J. R. and et. al. “Autonomous Orbit Control: Initial Flight Results from UoSAT-12,” 23rd Annual AAS Guidance and Control Conference, AAS 00-011, Breckenridge, Colorado (USA) 2000.
[9] Hosken, Robert W. and Wertz, J.R., Microcosm Autonomous Navigation System on-orbit Operation,” Advances in the Astronautical Sciences, Vol. 88, 1995, pp. 491-491.
[10] Königsmann, H. J., Collins, J.T., Dawson, S. and Wertz, J.R..Autonomous Orbit Maintenance System,”Acta Astronautica, Vol. 39, No. 9, 1996, pp. 977-985.
[11] Xing, G.Q. and Parvez, S.A., “Autonomous Unified On-board Orbit and Attitude Control System for Satellites,” U.S. Patent No. 6, 2002, pp. 249-341.
[12] Wertz, James R., and Gurevich, G., “Applications of Autonomous On-board Orbit Control,” Proceeding of the 11th Annual AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Santa Barbara, CA. 2001.
[13] Gurevich, G. and Wertz, J.R., “Autonomous On-board Orbit Control: Flight Results and Cost Reduction,” JHU/APL Symposium on Autonomous Ground Systems for 2001 and Beyond, 2001.
[14] Wertz, James R., “Autonomous Navigation and Autonomous Orbit Control in Planetary Orbits as a Means of Reducing Operations Cost,” 5th International Symposium on Reducing the Cost of Spacecraft Ground Systems and Operations, Pasadena, CA, 2003.
[15] Bell, R., Morphopoulos, T., Pollack, J., Collins, J., Wertz, J.R. and Van Allen, R.E., Hardware-in-the-loop Tests of an Autonomous GN&C System for On-orbit Servicing,” AIAA-LA Section /SSTC Responsive Space Conference, Vol. 2003, No. 9, 2003.
[16] Wertz, J.R. and Bell, R., “Autonomous Rendezvous and Docking Technologies: Status and Prospects,” AeroSense 2003, International Society for Optics and Photonics, 2003.
[17]Plam, Y., Van Allen, R.E., Wertz, J.R. and Bauer, T., “Autonomous Orbit Control Experience on TacSat-2 using Microcosm’s Orbit Control Kit (OCK),” 31st Annual AAS Guidance and Control Conference. Breckenridge, CO. 2008.
[18]Orlando, V. and Kuga, H.K., “A Survey of Autonomous Orbit Control Investigations at INPE,” Proceedings  of  the 17th International Symposium on Space Flight Dynamics. 2003.
[19]Garulli, A., Giannitrapani, A., Leomanni, M. and Scortecci, F., Autonomous Low-Earth-Orbit Station-Keeping with Electric Propulsion,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 34, No. 6, 2011, pp. 1683-1693
[20]Bonaventure, F., Baudry, V., Sandre, T. and Gicquel, A.H., “Autonomous Orbit Control for Routine Station-Keeping on a LEO Mission,” 23rd International Symposium on Space Flight Dynamics, Pasadena, California, 2012
[21] De Florio, S., D'Amico, S. and Radice, G., Precise Autonomous Orbit Control in LowEarth Orbit,” Proceedings of the AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference and Exhibit, 2012
[22] Arikawa, Y., Yamamoto, T., Kondoh, Y., Akiyama, K., Itoh, H. and Suzuki, S., “ALOS-2 Orbit Control and Determination,” 2014 IEEE Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2014.
[23] Kvell, U., Puusepp, M., Kaminski, F., Past, J.E., Palmer, K., Grönland, T.A. and Noorma, M., “Nanosatellite Orbit Control using MEMS Cold Gas Thrusters,” Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, Vol. 63, No. 2S, 2014, pp. 279–285.
[1]Ley, W., Wittmann, K. and Hallmann, W., Handbook of Space Technology, Vol. 22. John Wiley & Sons, 2009.
[2] Anthony, J., “Autonomous Space Navigation Experiment,” Space Programs and Technologies Conference, Huntsville, Alabama, 1992.
[3] Wertz, J. R., Collins, J.T., Dawson, S., Koenigsmann, H. J. and Potterveld, C. W., “Autonomous Constellation Maintenance,” IAF Workshop on Satellite Constellations, Toulouse, France, 1997.
[4] Gurevich, G., Bell, R. and Wertz, J. R. “Autonomous On-board Orbit Control:Flight Results and Applications,” AIAA 2000 Conference and Exposition, Long Beach, California, 2000.
[5] محمد مهدی توکلی، کنترل پیش‌بین مدل- پایه مدار یک ماهوارة ارتفاع پایین با استفاده از معادلات ‏تغییراتی گاوس، (پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی هوافضا)، دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، 1391.
[6] Schreier, G. and Dech, S., “High Resolution Earth Observation Satellites and Services in the Next Decade-a European Perspective,” Acta Astronautica, Vol. 57, Issues 2-8, 2005, pp. 520-533.
[7] Collins, John, Simon Dawson, and James Wertz. “Autonomous Constellation Maintenance System,” 10th Annual AIAAlUSU Conference on Small Satellites, 1996.
[8] Wertz, J. R. and et. al. “Autonomous Orbit Control: Initial Flight Results from UoSAT-12,” 23rd Annual AAS Guidance and Control Conference, AAS 00-011, Breckenridge, Colorado (USA) 2000.
[9] Hosken, Robert W. and Wertz, J.R., Microcosm Autonomous Navigation System on-orbit Operation,” Advances in the Astronautical Sciences, Vol. 88, 1995, pp. 491-491.
[10] Königsmann, H. J., Collins, J.T., Dawson, S. and Wertz, J.R..Autonomous Orbit Maintenance System,”Acta Astronautica, Vol. 39, No. 9, 1996, pp. 977-985.
[11] Xing, G.Q. and Parvez, S.A., “Autonomous Unified On-board Orbit and Attitude Control System for Satellites,” U.S. Patent No. 6, 2002, pp. 249-341.
[12] Wertz, James R., and Gurevich, G., “Applications of Autonomous On-board Orbit Control,” Proceeding of the 11th Annual AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Santa Barbara, CA. 2001.
[13] Gurevich, G. and Wertz, J.R., “Autonomous On-board Orbit Control: Flight Results and Cost Reduction,” JHU/APL Symposium on Autonomous Ground Systems for 2001 and Beyond, 2001.
[14] Wertz, James R., “Autonomous Navigation and Autonomous Orbit Control in Planetary Orbits as a Means of Reducing Operations Cost,” 5th International Symposium on Reducing the Cost of Spacecraft Ground Systems and Operations, Pasadena, CA, 2003.
[15] Bell, R., Morphopoulos, T., Pollack, J., Collins, J., Wertz, J.R. and Van Allen, R.E., Hardware-in-the-loop Tests of an Autonomous GN&C System for On-orbit Servicing,” AIAA-LA Section /SSTC Responsive Space Conference, Vol. 2003, No. 9, 2003.
[16] Wertz, J.R. and Bell, R., “Autonomous Rendezvous and Docking Technologies: Status and Prospects,” AeroSense 2003, International Society for Optics and Photonics, 2003.
[17]Plam, Y., Van Allen, R.E., Wertz, J.R. and Bauer, T., “Autonomous Orbit Control Experience on TacSat-2 using Microcosm’s Orbit Control Kit (OCK),” 31st Annual AAS Guidance and Control Conference. Breckenridge, CO. 2008.
[18]Orlando, V. and Kuga, H.K., “A Survey of Autonomous Orbit Control Investigations at INPE,” Proceedings  of  the 17th International Symposium on Space Flight Dynamics. 2003.
[19]Garulli, A., Giannitrapani, A., Leomanni, M. and Scortecci, F., Autonomous Low-Earth-Orbit Station-Keeping with Electric Propulsion,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 34, No. 6, 2011, pp. 1683-1693
[20]Bonaventure, F., Baudry, V., Sandre, T. and Gicquel, A.H., “Autonomous Orbit Control for Routine Station-Keeping on a LEO Mission,” 23rd International Symposium on Space Flight Dynamics, Pasadena, California, 2012
[21] De Florio, S., D'Amico, S. and Radice, G., Precise Autonomous Orbit Control in LowEarth Orbit,” Proceedings of the AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference and Exhibit, 2012
[22] Arikawa, Y., Yamamoto, T., Kondoh, Y., Akiyama, K., Itoh, H. and Suzuki, S., “ALOS-2 Orbit Control and Determination,” 2014 IEEE Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2014.
[23] Kvell, U., Puusepp, M., Kaminski, F., Past, J.E., Palmer, K., Grönland, T.A. and Noorma, M., “Nanosatellite Orbit Control using MEMS Cold Gas Thrusters,” Proceedings of the Estonian Academy of Sciences, Vol. 63, No. 2S, 2014, pp. 279–285.