انقلابی در ماموریت‌های علمی مستقل فضایی
این انقلاب فناوری، راه‌کاری جدید و نوآورانه برای ارتباطات به منظور گردآوری اطلاعات علمی بین وسایل نقلیه فضایی و زمین فراهم میکند و اکتشافات فضایی را برای بشر راحت‌تر خواهد کرد.
به تازگی پرواز متشکل ماهوارهها، موضوع با اهمیت و مورد علاقه جامعه هوافضایی شده است و دلیل عمده این تمایل مزایای پتانسیلی بسیاری است که در مقایسه با ماهوارههای بزرگ فراهم میشود. برخی وظایف خاص وجود دارند که فقط از عهده ماهوارههای پرواز ترتیبی برمی‌آیند. ازجمله، کاربردهای پرواز ترتیبی در سنجش از دور اپتیکال نجومی و سنجش از دور استروسکوپیک است.
به طورکلی منظور از پرواز متشکل، استفاده از دو یا چند ماهواره در فضا و در فواصل نزدیک بهم است و اصول این پرواز بر پایه مانورهای ماهوارهها در فضا نسبت به یکدیگر و همچنین نسبت به زمین است که مستلزم پیاده‌سازی توابع بسیار پیچیده کنترلی است. فاصله نوعی میان ماهوارهها در فضا از 30 تا 200 کیلومتر و دقت کنترل در بازه 1 تا 50 کیلومتر است.
چالشهای ماموریت پروازی و رویکردها
اخیرا آژانس‌های فضایی ماموریت‌های پرواز متشکل را به طور کاملا جدی پیگیری میکنند، با وجود اینکه در این مسیر مشکلات فنی بسیار زیادی پیش روی متخصصان وجود دارند. قطعات سخت‌افزاری گران‌قیمت هر کدام در فضا با سرعت‌های چندین کیلومتر بر ثانیه حرکت میکنند، در حالی‌که این قطعات ممکن است مانورهایی در مقیاس متر برای رسیدن به موقعیت و وضعیت مطلوبشان نیاز داشته باشند و موقعیت نسبی ماهوارهها زمانی‌که نزدیک به هم هستند، باید بسیار دقیق نگه داشته شود.
از دست دادن کنترل یک بخش از ترکیب، حتی بصورت زودگذر می‌تواند موجب شکست یک ماموریت بشود و همینطور ریسک خرابی ماهواره و دینامیک‌های مداری، مدارهای ماهواره را تهدید میکنند که نگرانی دیگری برای کنترل‌کننده‌های ماهوارهها است.
پرواز متشکل ماهوارهها قطعا انقلابی در جریان ارتباطات فضایی در ماموریت‌های علمی مستقل حول زمین و در فضا به پا خواهد کرد.
از چالشهای فناوری برای پرواز متشکل ماهوارهها، نیاز به شبکه‌های گسترده پشتیبانی از ماهوارهها و دسترسی بیشتر به ماهوارهها ، رزلوشن بالاتر در داده‌های مشاهده و نیاز به بالا بودن ضریب‌اطمینان کل سیستم در صورت از دست دادن هر کدام از ماهوارهها هستند و به علاوه ناوبری نسبی و ارتباطات بین ماهواره‌ای نیز چالش قابل‌توجهی در این زمینه به حساب میآید.
برای مواجهه با چنین چالشهای تکنیکی رویکردهایی وجود دارند که از مهمترین آنها استفاده از سیستم موقعیت‌یاب جهانی برای ردیابی و هدایت ماهواره، الگوریتمهای کنترل مستقل فضاپیما جهت ارتباط دادن مشاهدات و نگهداری دقیق ماهوارهها به صورت مرتبط و جداگانه، استفاده از میکرو تراسترهای شیمیایی و الکتریکی به منظور در خط نگه داشتن آرایش ماهواره‌ای و کشیدن آرایش و ساختاربندی دوباره آرایه هستند.
مزیت های پرواز متشکل
از مزایای پرواز ترتیبی نرخ دیتای بالاتر، ساخت ماهوارهها در جرم‌های کوچک‌تر، تقسیم ریسک بین ماهوارهها در صورت وقوع فجایع و افزایش انعطاف، کاهش قیمت پرتاب و قیمت پایین جایگذاری ماهوارهها است. در صورت وجود دسترسی مناسب به ماهوارهها می‌توان با خاموش کردن تعدادی از آنها در صورت عدم نیاز و به‌کارگیری ماهوارههای دیگر، طول عمر کل سیستم را افزایش داد.
برای کاربردهای نزدیک زمین، استفاده از ماهوارههای ارزان‌قیمت با وزن پایین از لحاظ اقتصادی باعث میشود که با یک ماهواره‌بر بتوان چندین ماهواره را به فضا پرتاب کرد و از پرتاب‌های Piggy back روی دیگر وسایل می‌توان برای جایگذاری مجدد در کلاسترهای ماهواره استفاده نمود. پرواز ترتیبی همچنین یکی از روشهای موثر در توسعه بیشتر کاربردهای رادارهای تصویربرداری از جمله اطلاعات فراز، اطلاعات فاصله و سمت هدف و تصاویر است.
ماموریت پرواز متشکل پریسما
پریسما اولین ماموریت مستقل صحه‌گذاری پرواز متشکل اروپا در مدار نزدیک زمین است. این ماموریت از آژانس فضایی سوئد آغاز شد و اخیرا در فاز توسعه خود می‌باشد. این ماموریت پرواز متشکل دو ماهواره را در ارتفاع 700 کیلومتری زمین انجام می‌دهد. در چارچوب همکاری مرکز هوافضای آلمان با پریسما، برای نگه داشتن ماهوارهها در مدار و وضعیت مطلوب از روش کنترل، ناوبری و راهنمای آنبورد استفاده شد. در سال 2006 سه ماموریت زوج ماهوارههای پرواز متشکل در برنامه سیستمهای ماهواره‌ای پیشرفته اروپا قرار گرفت. پروژه
"گریس" که نزدیکترین آرایش مدار نزدیک زمین در سال 2002 بود که در آن زوج ماهوارهها در فاصله 50±220 کیلومتر در ارتفاع 450 کیلومتری قرار داشتند و با فرمان از زمین مانورهای مداری لازم را انجام میدادند. پریسما از دو فضاپیما با نوع و ساختار مختلف تشکیل شده است که اصلی و هدف نامیده میشوند. سایز ماهواره اصلی 80×83×130 سانتیمتر در ساختار پرتاب است و جرمی حدود 150 کیلوگرم دارد و از دید کنترل مداری نسبی به‌عنوان ماهواره فعال شناخته میشود. سایز ماهواره هدف 80×80×31 سانتیمتر و جرم آن 40 کیلوگرم و غیرفعال و بسیار ساده بوده و پانل خورشیدی روی آن نصب شده است.
موشک حامل روسی DNEPR-1 از پایگاه بایکانور قزاقستان ماهواره پریسما را به مدار 700 کیلومتر خورشیدآهنگ با زاویه انحراف 2/98 درجه پرتاب کرد. دو ماهواره اندکی پس از تست‌های نهایی سیستم از هم جدا شدند. پژوهشهای مختلفی در طول عمر 8 ماهه ماهوارهها در پرواز ترتیبی و مستقل انجام شد. عملکرد ماموریت از طریق لینک باند S فضا به زمین و با ماهواره اصلی چک میشود.
سنسورها و عملگرهای پرواز پریسما
کنترل سیستم دینامیکی نیاز به مقادیر اندازه‌گیری‌شده به‌وسیله سنسورها دارد و از این طریق اعمال کنترلی به‌وسیله عملگرها انجام میشوند و کنترلرها قادر خواهند بود که این اعمال را هماهنگ کرده و دستورات مطلوب را روی سیستم پیاده کنند.
سیستم سخت‌افزار جی.پی.اس روی هر ماهواره پریسما از گیرنده جی.پی.اس فونیکس، دو آنتن، دو تقویت‌کننده نویز کم و یک رله فرکانس رادیویی تشکیل شده است. سیستم پیشران ماهواره اصلی، سیستم کنترلی عکس‌العملی با عملکرد بالاست و از 6 تراستر کمک میگیرد.
پروژه پراب-3
این ماهواره بخشی از پروژه پرواز ترتیبی آژانس فضایی اروپا است که فرصتی برای ارزیابی تکنیک‌ها و فنون اندازه‌گیری و فعال‌سازی و توسعه فراهم می‌آورد. از طرفی راهبردهای هدایت و الگوریتمهای کنترل و راهبری را برای پرواز ترتیبی در طول ماموریت‌های آینده مشاهده زمین، اخترشناسی و علوم آینده بررسی میکند. همچنین پراب-3 رنج وسیعی از استراتژی‌های کنترل و فرمان را امتحان میکند که منجر به توسعه ابزارها و امکانات میشود.
در طرح منظور، زوج ماهوارهها در مدار بیضوی مرتفع بین پریودهای پرواز ترتیبی دقیق، پرواز خواهند کرد. (در زمانی‌که مشاهدات محموله و پریودهای پرواز امکان پذیر باشند)
طول دوره کنترل ترتیب نتیجه مصالحهای است که شامل مقدار سوخت موردنیاز برای نگه‌داشتن آرایش در مدار موردنظر است. برای بخش حضیض مداری، فضاپیما با استفاده از مدارهای معینی از طریق جاذبه به حالت نرمال خود میرسد که این امر باعث کاهش مصرف سوخت میشود و بدین ترتیب تراسترها فقط برای جلوگیری از برهم‌خوردگی استفاده میشوند. گذر حضیض همچنین برای صحه‌گذاری ساختارهای پرواز ترتیبی استفاده میشوند که یکی از نیازهای ماموریت‌های مشاهده زمین است. با این رژیم کنترل و مدار می‌توان انتظار داشت طول عمر حدود دو سال قابل دستیابی باشد. ( با توجه به سوختی که با وجود محدودیت‌های جرم پرتاب قابل‌حمل باشد.)
سیستم راهنما و کنترل
موقعیت نسبی دو ماهواره با استفاده از یک رادیومتر باند S بدست میآید که برای فاصلههای 5 متر تا 8 کیلومتر برنامه‌ریزی شده و دقت چند سانتیمتر دارد. دقت بالاتر برای فواصل تا 500 متر با استفاده از تکنیک‌های لیزر اپتیکی که دقت حدود چند میکرون دارند، قابل دستیابی است. چند تراستر برای نگه‌داشتن ماهوارهها در موقعیت نسبی موردنیاز استفاده میشوند که از فناوری یونی و گاز سرد استفاده میکنند. هر دو فضاپیما از گیرندههایی برای همزمان‌سازی استفاده میکنند، با توجه به این نکته که سیگنالهای جی-پی-اس تا فاصله 25000 کیلومتری زمین قابل‌استفاده هستند. همچنین هر ماهواره از یک ردیاب ستارهای برای تعیین وضعیت خود استفاده میکند.
No tags for this post.
