طراحی مفهومی عملگرهای کنترل وضعیت یک کپسول زیستی در مقیاس حمل سرنشین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

استادیار، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم تحقیقات و فناوری، تهران، ایران

چکیده

برای کنترل وضعیت یک محموله فضایی حول هر سه محور رول، پیچ و یاو، نیاز به استفاده از یک سامانه پیشرانش می‏باشد. در مقاله حاضر طراحی مفهومی سامانه پیشرانش گاز سرد برای کنترل وضعیت یک کپسول زیستی سرنشین‎دار در فاز خارج از جو ارائه می‎شود. پس از تعریف مأموریت‌، طرح‏های پیشنهادی ارائه و تحلیل می‎شوند و سپس طرح پیشنهادی برتر معرفی می‎گردد. طرح‏های پیشنهادی بر مبنای 1) ضربه کل 4600 نیوتن‎ثانیه با رانشگرهای 10 نیوتنی (با فرض سرعت دورانی در همه فازها حداکثر 1 رادیان بر ثانیه که الزام سامانه هدایت و کنترل است)، و 2) ضربه کل 9360 نیوتن‏ثانیه با رانشگرهای 20 نیوتنی (فرض سرعت دورانی در همه فازها حداکثر 5 رادیان بر ثانیه) می‎باشند. در سامانه کنترل وضعیت کپسول فضایی تحقیق حاضر، از 8 عملگر گاز سرد استفاده می‎شود. محاسبات مربوط به مخزن پرفشار و طراحی نازل‎ها ارائه شده‎اند. نتایج نشان داد در طرح پیشنهادی اول نهایتاً سه رانشگر همزمان را می‏توان وارد مدار نمود، ولیکن در طرح پیشنهادی دوم نهایتاً دو رانشگر می‏توانند در هر لحظه فعال باشند و بحث همزمانی به دلیل محدودیت‎های رگولاتور با مشکل روبروست. ضمناً در هر دو طرح پیشنهادی، مقدار نیروی پیشران رانشگرهای کانال رول باید نصف رانشگرهای کانال پیچ و یاو باشد تا در فعالسازی همزمان مشکلی بوجود نیاید. در نهایت نیز راهکارهایی برای فعالسازی همزمان حد‎‎اقل 4 رانشگر، ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Conceptual Design of Attitude Control Actuators for a Manned Space Capsule

نویسندگان [English]

  • Hadiseh Karimaei
  • Mohammadreza Salimi
Aerospace Research Institute, Ministry of Science, Research and Technology، Tehran،Iran
چکیده [English]

To achieve attitude control of a space payload around the roll, pitch, and yaw axes, an appropriate propulsion system is required. This paper presents the conceptual design of a cold gas propulsion system intended for the attitude control of a manned bio-capsule during its non-atmospheric flight phase. Following the definition of the mission, multiple design variants are proposed and analyzed, and the most suitable configuration is selected. The proposed variants are based on two scenarios: the first involves a total impulse of 4600 Ns using 10 N thrusters (assuming a maximum rotational speed of 1 rad/s in all phases, as required by the guidance and control system), and the second involves a total impulse of 9360 Ns using 20 N thrusters (with a maximum rotational speed of 5 rad/s). The attitude control system in this study employs eight cold gas actuators. Calculations concerning the high-pressure tank and nozzle design are provided. Results indicate that in the first configuration, up to three thrusters can operate simultaneously, whereas in the second, no more than two can be active at any given moment due to limitations imposed by the pressure regulator. Furthermore, in both variants, the thrust of the roll-axis thrusters should be set to half that of the pitch and yaw thrusters to ensure proper simultaneous operation. Finally, strategies enabling the concurrent activation of at least four thrusters are proposed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cold gas actuator
  • Attitude control
  • Bio-capsule
  • Total impulse
  • Thrust

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 02 مهر 1404
  • تاریخ دریافت: 16 فروردین 1404
  • تاریخ بازنگری: 27 مرداد 1404
  • تاریخ پذیرش: 13 شهریور 1404
  • تاریخ انتشار: 02 مهر 1404