مدل‌سازی دینامیکی پرواز آرایش‌مند فضاپیما و بررسی میزان دقت مدل‌ها تحت اثر فاصلة نسبی، خروج از مرکز و اغتشاش زمین غیرکروی

نویسندگان

دانشگاه شهید بهشتی - دانشکده مهندسی فناوری های نوین

چکیده

حرکت نسبی ماهواره‌ها در پرواز آرایش‌مند توسط مدل‌های دینامیکی مختلفی قابل بررسی است. این مدل‌ها در دو فضای کارتزین و المان‌های مداری توصیف شده و هر یک دارای فرضیات، قیود و ویژگی‌های مختلف هستند. از جمله، مدل‌هایی بر پایة معادلات خطی حرکت نسبی که کاربرد فراوانی در مدل‌سازی ملاقات‌های مداری و مانورهای اتصال فضاپیماها داشته است، اما خطای موجود در این معادلات‌ محدودیت‌هایی برای استفادة آن در مأموریت‌های پرواز آرایش‌مند فضاپیما که حرکت نسبی بلندمدت دارد، ایجاد می‌کند. در این مقاله، علاوه بر استخراج معادلات غیرخطی حرکت نسبی، 6 مدل دیگر از مدل‌های قابل استفاده برای مدل‌سازی آرایش‌های پروازی ارائه می‌شوند. در ادامه با شبیه‌سازی یک مأموریت پرواز آرایش‌مند ارتفاع پایین شامل دو ماهواره با تصویر دایروی مدار نسبی بر روی زمین، اعتبارسنجی مدل‌ها از سه منظر اغتشاش غیرکروی‌بودن زمین، میزان فاصلة ماهواره‌ها در آرایش، و میزان بیضوی‌بودن مدار مرجع بررسی می‌‌شود. تحلیل نتایج شبیه‌سازی برای 7 مدل مذکور، اهمیت دقت مد‌‌ل‌سازی دینامیکی سیستم را بازگو می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Dynamics Modeling of Spacecraft Formation Flying and Evaluating the Models Accuracy under the Effects of Relative Distance, Eccentricity and Earth Gravitational Perturbation

نویسندگان [English]

  • محمد نوابی
  • محمد براتی
چکیده [English]

Relative motion of satellites in a formation can be studied in several forms of dynamics models. In this paper, some of the most applicable models each implying particular assumptions, constraints and specifications are described in Cartesian and orbital element spaces. Despite the significant applications of models based on linear equations of motion in modeling orbital rendezvous and ducking maneuvers, it is shown that the modeling errors of these simplified models limits their application in long term missions such as formation flying. Nonlinear equations of relative motion are derived in addition to 6 other dynamical models to simulate a low earth two satellite formation with projected circular relative orbit. Models are evaluated under the effects of non-spherical earth perturbation, relative distance between the satellites, and the eccentricity of the chief orbit. Analyzing the results of simulations emphasizes the importance of accuracy of the system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • spacecraft formation flying
  • relative motion
  • linear and nonlinear model
  • perturbations