تحلیل تجربی زیرسامانة توان الکتریکی یک ماهوارة مخابراتی در حالت آرام‌سازی در بستر سخت‌افزار در حلقه

نوع مقاله: مقالة‌ تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 مهندسی مکانیک، پژوهشکده سامانه های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران.

2 مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران.

3 مهندسی هوافضا، پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران.

چکیده

در این مطالعه یک بستر آزمون سخت‌افزار در حلقه، طراحی و پیاده‌سازی شده است که از دستگاه شبیه‌ساز آرایه‌های خورشیدی، بار الکتریکی برنامه‌پذیر، رایانة شبیه‌ساز، باتری‌ها و بردهای شارژر و توزیع در این حلقه استفاده شده است. حالت آرام‌سازی ماهواره به دلیل تغییرات سریع و غیرقابل‌پیش‌بینی زاویه خورشید با صفحات خورشیدی و عدم امکان آزمایش واقعی آن بر روی زمین از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این بستر سخت‌افزار در حلقه قابلیت استفاده برای راستی‌آزمایی و آزمودن طراحی زیرسامانة توان الکتریکی برای هر نوع ماهواره را دارد. در این مقاله، به عنوان نمونه، این بستر برای یک ماهوارة مخابراتی پیاده‌سازی شده است. میزان تغییرات ولتاژ دو سر باتری، میزان ظرفیت شارژ شدة باتری، بررسی صحت برد توزیع و برد شارژر، بررسی میزان عمق دشارژ باتری و دفعات شارژ و دشارژ و بررسی ولتاژ دو سر باتری در برابر جریان‌های لحظه‌ای از موارد مورد بررسی در حالت آرام‌سازی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

HIL Experimental Analyses of Satellite Electrical Power Subsystem (EPS) in De-tumbling Mode

نویسندگان [English]

  • Hadi Hosseini Onari 1
  • ehsan maani 2
  • Vahid Bohlouri 3
  • Soheil Seyedzamani 3
1 Satellite Research Institute, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
3 Satellite Research Institute, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran.
چکیده [English]

    In this study, hardware in the loop (HIL) simulation consisting of solar array simulator, programmable electric load, charger board, distribution board and attitude and position simulator is designed and developed for the mentioned purpose. Because of satellite high angular velocity in de-tumbling mode, it is not possible to perform the experimental tests for power consumption analysis. Electricalpower HIL can be used for modifying, redesigning, and verification of the electricalpower subsystem design. The power consumption of communications satellite components is simulated in a de-tumbling mode. De-tumbling mode of operation is implemented in HIL test bed and the experimental results are extracted. The results consisting of battery voltage, battery capacity, current, depth of discharge and voltage stability are investigated. The results of this paper can be useful in the design, implementation and verification of electrical power subsystem for a wide range of satellites from LEO to GEO.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Communication satellite
  • Electricalpower subsystem
  • De-tumbling mode
  • Hardware in loop

[1]   Zebenay, M., Boge, T., Krenn, R. and Choukroun, D., "Analytical and Experimental Stability Investigation of a Hardware-in-the-Loop Satellite Docking Simulator," Journal of Aerospace Engineering, Vol. 229, No. 4, 2015 pp. 666-681.

[2]   Leitner, J., "Space Technology Transition using Hardware in the Loop Simulation," Aerospace Applications Conference, 1996, Aspen, CO, USA.

 

[3]   Pastena, M. and Grassi, M., "Design and Performance Analysis of the Electric Power Sub-System for a Multi-Mission Microsatellite," Acta Astronautica, Vol. 44, Issue 1, 1999, pp. 31-40.

 [4] Moghadaszadeh Bazaz, V.B.S. and Jalali Naini, S.H., "Attitude Control of a Rigid Satellite with Pulse-Width Pulse-Frequency Modulation Using Observer-based Modified PID Controller," Modares Mechanical Engineering, Vol. 16, No. 8, 2016, pp. 139-148 (in persian).

[5]   Maani, A.R.K.E. and Fakoor, M., "Two-Objective Optimization of GEO Communication Satellite Trajectory Considering Impulsive Orbital Maneuver," Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 5, 2014, pp. 121-128 (in persian).

[6]   Mozaffari, F.M.A., Roshanian, J., Zare, H., "Design Optimization of Fairing Sandwich Cylindrical and Conical Structures for Launch Vehicles Using Hybrid Algorithm," Modares Mechanical Engineering, Vol. 16, No. 3, 2016, pp. 341-331 (in persian).

[7]   Mirshams, H.T.M., Ghobadi, M., Haghi, H. and Sharifi, G. "Using Air-Bearing Based Platform and Cold Gas Thruster Actuator for Satellite Attitude Dynamics Simulation," Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 12, 2014, pp. 1-12 (in persian).

[8]   E. Z. M. Mirshams, "Fast determination of system specifications of GEO communication satellites", Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 2, 2017, pp. 412-404, (in persian).

[9]   Santoni, F., Piergentili, F., Donati, S., Perelli, M., Negri, A. M., Marino, "An Innovative Deployable Solar Panel System for Cubesats," Acta Astronautica, Vol. 95, 2014, pp. 210-217.

[10] Ravanbakhsh, A. and Sebastian, F., "System Engineering Approach to Initial Design of LEO Remote Sensing Missions, Recent Advances in Space Technologies (RAST), Istanbul, Turkey, 2013,  pp. 659-664.

[12] Bekhti, M. and Sweeting, M.N., "Power System Design and in Orbit Performance of Algeria’s First Micro Satellite Alsat-1," Electric Power Systems Research, Vol. 78, Issue. 7, 2008, pp. 1175-1180.

[13] de Manuel, C., Cubas, J. and Pindado, S., "On the Simulation of the UPMSat-2 Microsatellite Power," 10th European Space Power Confrence (ESPC), 2014.

[14] Rauschenbach, H.S., Solar Cell Array Design Handbook: the Principles and Technology of Photovoltaic Energy Conversion, Springer Science & Business Media, 2012.

[15] Zahran, M.O.M. and Ivanova, G.A., "Assessment of Earth Remote Sensing Microsatellite Power Subsystem Capability during Detumbling and Nominal Modes," Journal of Power Electronics, Vol. 6, No. 1, 2006, pp. 18-28.

[16] Garcia, V., Rico, M., Sebastian, J., Hernando, M. and Uceda, J., "An Optimized DC-to-DC Converter Topology for High-Voltage Pulse-Load Applications," Power Electronics Specialists Confrence,Taiwan,1994.

[17] Pindado, S. and Cubas, J., "Simple Mathematical Approach to Solar Cell/Panel Behavior Based on Datasheet Information," Renewable Energy, Vol. 103,  2017, pp. 729-738.

[18] Hyder, A.K., Spacecraft Power Technologies: Imperial College Press, 2000.

[19] S. Energy (U.S.A), Lithium Ion NCR18650B, Panasonic, Available, [on Line]: http://www.panasonic. com/industrial/batteries-oem,2012.