مدل سازي پرواز آرايش مند يك ماهواره زمين آهنگ براساس معادلات حركت انتقالي متأثر از وضعيت در فاز تقرب نهايي

Design of Geosynchronous Satellite Flying Formation Based on Translational Dynamics Affected by Attitudinal Situation at Drift Phase

در اين مقاله اثر اندركنش معادلات ديناميكي حركت انتقالي و حركت وضعي ماهواره با هدف طراحي آرايش پروازي در فاز ورود به پنجره ي مداري و تقرب به موقعيت نامي عملياتي تعريف شده در مدار زمين آهنگ بررسي شده است. در اين راستا ابتدا معادلات ديناميكي و سينماتيكي ماهواره مورد مطالعه قرار گرفته اند. سپس با درنظر گرفتن ماهواره به عنوان جسمي صلب، اثر متقابل ديناميك حركت انتقالي و وضعي ماهواره در تقرب به موقعيت نهايي در مدار هدف استخراج شده است. بر خلاف مطالعات مشابه، كه در آن ها از ساده سازي هايي نظير فرض مدار هدف دايروي و يا خطي سازي معادلات ديناميكي استفاده شده است، تحليل هاي ارائه شده در اين نوشتار برمبناي كلي ترين حالت معادلات حركتي غيرخطي است. معادلات كوپل شده ي ارائه شده در فاز تقرب به موقعيتي معين در مدار زمين آهنگ با احتساب شرايط وضعي مختلف مورد ارزيابي قرار گرفته و بر اساس نتايج به دست آمده سناريو و الزامات متفاوتي در تقرب به موقعيت هدف در پنجره ي مداري و در حضور ماهواره هاي ديگر ارائه شده است. موقعيت و وضعيت ماهواره با استفاده از سيستم مبتني بر منطق كنترلي PD با بهره هاي كنترلي بهينه شده بر اساس الگوريتم بهينه سازي PSO با هدف كمينه سازي تلاش كنترلي و مصرف سوخت ماهواره و نيز افزايش طول عمر عملياتي ماهواره، كنترل شده است و نتايج شبيه سازي هاي ارائه شده مبين كارآيي مناسب طرح پيشنهادي است.

This paper investigates effect of coupling of satellite translational dynamics and rotational kinematic aiming to design geosynchronous satellite formation flying at drift phase to the determined operational nominal position at the orbital window in the geosynchronous orbit. Firstly, dynamical and kinematical equations of satellite, and then the interaction of translational and rotational motion at drifting to the final position at the target orbit by considering satellite as a rigid object have been studied. Despite similar studies utilizing simplifications such as circular assumption of target orbit or various linearization methods, presented analysis of this paper is based on the general form of nonlinear translational equations. According to acquired results of investigating the coupled dynamics at the drift phase to the determined position at the orbital window by considering different attitudinal situations, drift considerations and procedure in presence of other satellites at the orbital window have been presented. Orbital position and attitudinal situation of satellite have been controlled by utilization of PD control law associated with the optimized gains based on PSO optimization algorithm which aims to minimize control effort and fuel and consequently minimize fuel consumption and increase satellite operational life. Acquired results from simulations represent the effectiveness of the proposed methodology.