طراحي مفهومي بهينه حامل فضايي سرنشين‌دار با رويكرد طراحي ماژولار و آناليز حساسيت

Optimal Manned Space Launch System Conceptual Design with Modular Design and Sensitivity Analysis Approach

هدف از اين مقاله، ارائه مدل طراحي بهينه حامل فضايي سرنشين‌دار با رويكرد تركيبي طراحي ماژولار (با استفاده از خوشه‌بندي موتورهاي موجود براي توليد نيروي تراست) و آناليز حساسيت (در صورت عدم‌ توانمندي موتورهاي موجود، اكتساب توانمندي لازم با تغيير پارامتر يا پارامترهايي)، مي‌باشد. اين روش طراحي با توجه به نياز موجود در كشور براي طرح ملي اعزام انسان به فضا (مدار پايين زمين) طبق سند بالادستي (سند جامع توسعه هوافضاي كشور) صورت پذيرفته‌است. براي اين منظور در اين روش، ضمن بهره‌گيري توامان از روش‌هاي آماري و پارامتريك (بهينه‌سازي پارامترهاي اصلي حامل)، مشخصات سطح تراست بهينه با توجه به سه الزام اساسي (الزام تعداد مراحل، الزام تعداد موتور در خوشه‌بندي و الزام حداكثر شتاب محوري) حاكم بر ريسك و شتاب محوري حامل‌هاي فضايي سرنشين‌دار تعيين مي‌شود. در اين مقاله، آناليز حساسيت با هدف بررسي ميزان تاثير پارامترهاي اصلي طراحي بر قابليت‌هاي انرژتيك حامل فضايي صورت پذيرفته است. براي بهينه‌سازي و جستجوي فضاي طراحي از الگوريتم ژنتيك استفاده شده است. در نهايت براي ارزيابي روش طراحي پيشنهادي و قابليت‌هاي جرمي – انرژتيك حامل فضايي، نتايج دو روش آماري و بهينه براي انجام ماموريت مشخص، مقايسه و صحه‌گذاري شده است.

The purpose of this article is to optimal manned space launch system conceptual design methodology with combination of modular design (by using clustering the existing motors to provide the thrust force) and sensitivity analysis (by varying the affected parameters to achieve the capability) approach. This methodology is implemented according to the human departure to space program and higher strategy document (country’s aerospace development comprehensive document). To this end, in the methodology is utilized both of the statistical and parametric (the space launch system optimized main parameters) methodologies, is determined the optimum thrust level based on the three fundamental requirements (number of stages, number of engines in clustering and maximum axial acceleration). These fundamental requirements are affected on risk and manned space launch system axial acceleration. In the paper, the purpose of sensitivity analysis is to determine of value of effective of main design parameters on space launch system capabilities. The method for optimizing and design space searching is utilized from Genetic Algorithm (GA). Finally, the suggested methodology and mass – energy capabilities will be verified by comparing the results of two methodology (statistical and optimal) to achieve the specific mission.