نوع مقاله : علمی- ترویجی

نویسندگان

1 اسـتادیار، مجتمــع دانشــگاهی هــواو فضــا, دانشــگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

2 استادیار، مجتمع دانشگاهی هواو فضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

3 دانشجوی دکتری، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

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

عنوان مقاله [English]

Autonomous Orbit Control: A New Approach in LEO Satellites

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ali Shahi Ashtiani 1
  • Hojjat Taii 2
  • Mohammad Bayanundi 3

1 Assistant Professor, Aerospace University Community, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran

2 Assistant Professor, Aerospace University Complex, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran

3 PhD student, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

Today, in order to reduce costs, the use of small satellites in LEO orbit has been considered and byincrease of observation missions in this orbit, which requires high orbital precision satellites,orbital control of  LEO satellites beside attitude control has been especially important. Recent researches have tried toincrease system’s accuracy and on the other hand, reduce costsmore than before by offering autonomous orbit control system. This system hasreduced human intervention in the ground stationby maintaining all or some of satellite orbital elements via satellite itselfand thus has eliminated need of multiple ground stations; also in addition to costreduction andaccuracy increase, it adds abilities to space missions that did not exist before. This researchwill analysis approaches of using autonomous orbit control by expressing  features of this system and reviewing theoretical and practical researches in this regard.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Autonomous Orbit Control
  • Cost Reduction
  • LEO Orbit
[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]Tavakoli, M.M., “Model-based Predictive Control of a Low-altitude Satellite Orbit Using Gauss variational Equations”, M.Sc. Thesis, Sharif University of Technology, Aerospace Department, 2012 (In Persian).
[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.