تمام جهته
0
باند کاری
C,Ku
C,Ku
0
همان طور که مشاهده میشود نتایج به دست آمده از طراحی آماری در سطح قابل قبولی با نتایج واقعی مطابقت دارد.
نتایج محاسبات آماری
در این قسمت از پایانامه نتایج فرآیندهای آماری انجام شده در جدول 4 7 آورده شده است .لازم بذکر است که در فصل 1 به نحوه محاسبات آماری ویک نمونه انجام شده اشاره شده است.
جدول 4 7: پارامترهای آماری محاسبه شده
نمودار
واریانس با توجه به آزمون Eta
ضریب همبستگی
نوع همبستگی
شکل 4 14: نمودار مدل جرمی ماهوارههای کلاس بزرگ با مأموریت مخابراتی و علمی تحقیقاتی
0.931
0.908
بسیار قوی
شکل 4 15: یک نمونه بدست آمده از مدل جرم توان زیرمجموعه مخابرات
0.966
0.9
بسیار قوی
شکل 4 17: تغييرات ترانسپوندر با توجه به وزن
0.907
0.88
بسیار قوی
شکل 4 18: نمودار فراوانی آنتن به باند با مشخص کردن ماهوارهها
0.951
0.911
بسیار قوی
نوآوری انجام شده در این قسمت از پایان نامه بدست آوردن واریانس وهمبستگی داده های کیفی است که بدین صورت انجام گرفته که برای داده های کیفی کد گذاری (0و1) نموده و امکان انجام فرآیندهای آماری مهیا می شود .
زیر مجموعه تامین انرژی
معرفی زیرمجموعه تامین انرژی
سيستم تأمين انرژي الكتريكي وظیفه تأمين انرژي مورد نياز قسمت‌هاي مختلف ماهواره را در تمام مدت مأموريت بر عهده دارد. با توجه به هزينه‌هاي سرسام‌آور ساخت، پرتاب و نگهداري ماهوارهها، طراحي بهینه سيستم انرژي الكتريكي با كمترين وزن و هزینه ممكن و بيشترين راندمان از نكات مهم اوليه و اجتناب‌ناپذير اين رشته نسبتاً جديد است.
شايد بتوان گفت، تهیه انرژي الكتريكي، از نيازهاي اساسي براي تجهيزات ماهواره يا فضاپيما92 است. هرگونه نقص يا مشكلي در تأمين انرژي الكتريكي به طور حتم باعث اخلال در مأموريت فضايي مي‌گردد. قابل توجه است كه بسياري از مجموعههاي ماهواره‌اي اوليه، بر اثر وجود عيب در مجموعه تأمين انرژي دچار آسيب شده‌اند.
هرروزه تقاضاي بيشتري براي انرژي در مجموعههاي ماهواره‌اي مشاهده مي‌شود. ميزان تقاضا براي انرژي الكتريكي در ماهواره به پيچيدگي‌هاي موجود در ساختار تجهيزات و عملكرد فضايي ارتباط دارد. مدت مأموريت و ميزان انرژي مورد نياز ماهوارهها مستقيماً به ماهيت مأموريت آنها بستگي دارد و براي ماهواره‌هاي متوسط و کوچک، ميزان انرژي حدود 100 تا 2000 وات براي مدت مأموريت 5 تا 7 سال مورد نياز است [ 17].
براي مأموريت‌هاي فضايي با سرنشين مانند آزمايشگاه‌هاي فضايی، توان مورد نياز تا 100 كيلو وات افزايش مي‌يابد. معمولاً تجهيزات بار محموله در ماهوارهها، از اصلی‌ترین مصرف‌كنندگان انرژي الكتريكي هستند. به طور مثال در ماهواره‌هاي مخابراتي قسمت‌هاي مخابراتي (بار محمولـه) مصرف‌كننده بيش از 87 درصد كل انرژي در مجموعه است. از كل مصرف الكتريكي قسمت‌هاي مخابراتي حدوداً 82 درصد به منابع تغذيه فشار قوي مانند تقويت‌كننده‌هاي امواج راديويي نيمه‌هادي و لامپ‌هاي تقویت‌کننده امواج متحرك اختصاص مي‌یابد [17].در شکل5 1 افزايش ميزان انرژي الكتريكي متوسط مورد نياز از سال 1960 تا سال 2000 براي مأموريت‌هاي مختلف نشان داده شده است [1]
شکل5 1: توسعه كاربرد منابع انرژي بر حسب افزايش طول مأموريت و انرژي مورد نیاز [17]
تعريف زير مجموعه تأمين انرژي[17]
زير مجموعه تأمين انرژي ماهواره، در واقع به تمام مجموعه‌ها و تجهيزات و فرآيندهايي اطلاق مي‌شود كه وظیفه تأمين انرژي الكتريكي قابل استفاده براي تجهيزات و مجموعه‌ها، بار محموله و كل مجموعه ماهواره را بر عهده دارند. همان‌طوری كه مي‌دانيم، اكثر اجزاء و پارامترهايي كه در هر مأموريت فضايي شركت دارند براي بقاء و کار آیی مطلوب و انجام بهینه93 وظايف نياز مبرمي به انرژي دارند. در اين مأموريت‌ها به طور متداول از انرژي الكتريكی، كه يكي از كم هزينه‌ترين و مناسب‌ترين نوع انرژي است، استفاده مي‌كنند.
هر مجموعه تأمين انرژی، بسته به نوع مأموريت، مدت مأموريت، پيچيدگي تجهيزات استفاده شده، نوع و مشخصات مصرف انرژي هر يك از زيرمجموعه‌ها، داراي طراحي و ساختار خاصي است. از وظايف عمده زير مجموعه تأمين انرژي مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:
1- تأمين و ارائه پیوسته انرژي الكتريكي به اجزاي ماهواره در طول مأموريت
2- كنترل و پخش انرژي الكتريكي در ماهواره
3- تأمين متوسط و حداكثر توان مورد نياز ماهواره
4- محافظت بار محموله در برابر افت جريان در مرحله پاياني
5- تأمين مبدل جريان مستقيم و متناوب
6- تنظيم ولتاژ، جلوگيري و محافظت در برابر ولتاژهاي گذرا و خطاهاي ناشي از آن
7- ايجاد توانايي براي دسترسي به مواد ذخيره شده در صورت نياز به سوخت اضافي
با افزايش ميزان انرژی، قابليت تأمين انرژي زير مجموعه بايستي افزايش يابد، كه اين ميزان افزايش انرژي منجر به توسعه پروسه طراحي و تجهيزات زير مجموعه و متعاقباً افزايش هزینه ساخت و طراحي آن مي‌گردد.
اجزای زير مجموعه تأمين انرژي
همان‌طور كه گفته شد هدف اصلي زير مجموعه تأمين انرژي الكتريكي ماهواره توليد94، ذخيره‌سازي95 و توزيع انرژي به تمام زير مجموعه‌ها (بر حسب نياز آنها) در کلیه مراحل و فازهاي عملياتي است. تأمين انرژي ماهواره بايستي هم در زمان تابش (روز96) و هم در زمان تاريكي (شب97) انجام گيرد.
براي اينكه اين زير مجموعه بتواند انرژي پيوسته و بدون وقفه‌اي را (هم در زمان تابش و هم در زمان تاريكي) براي استفاده تمام اجزاي الكترونيكي ماهواره تأمين نمايد، نياز به اجزا و قسمت‌هاي خاصي دارد.
هر مجموعه تأمين انرژي ماهواره حداقل نياز به چهار جزء يا بخش اصلي دارد که عبارتند از:
1- منابع توليد انرژي اوليه98
2- منابع تولید انرژي ثانويه (منابع ذخيره انرژي)99
3- شبکه توزيع انرژي100
4- بخش كنترل و تنظيم انرژي101
اين قسمت‌ها معمولاً در تمامي زير مجموعههاي تأمين انرژي ماهواره‌اي موجود هستند ولي بسته به نوع مأموريت و نوع و ميزان انرژي مورد نياز مجموعههاي مختلف، داراي ساختار و تركيب‌بندي خاص مي‌باشند. در
شکل 5 2 نمونه‌ای از بلوك دياگرام زير مجموعه تأمين انرژي ماهواره آمده است كه نمايي كلي از اين زيرمجموعه را به تصوير كشيده است. در بخش‌های بعدي سعي شده است كه هر يك از اين قسمت‌ها و زيرمجموعه‌هاي آنها كامل‌تر، بررسي شوند.
شکل 5 2: دياگرام كلي از يک زير مجموعه تأمين انرژي ماهواره [17]
طراحی آماری زیرمجموعه تامین انرژی ماهواره ها
روش طراحی آماری
در این روش پس از بررسی و جمع آوری یک پایگاه داده از زیرمجموعه تامین انرژی ماهوارههایی با کلاس وزنی متفاوت، به طراحی آماری این زیرمجموعه پرداختیم. این روش طراحی به گونهای است که با داشتن وزن تقریبی ماهواره میتوانیم تمامی پارامترهای طراحی بخش تامین انرژی از قبیل جرم زیرمجموعه تامین انرژی، میزان توان مورد نیاز کل ماهواره، نوع باتریهای شیمیایی، نوع آرایهها، نحوه ترکیب بندی آرایهها مشخص شود.
با توجه به پیوست 1 از پایگاه داده جمع آوری شده استفاده مینماییم به طوری که دادههایی از زیر مجموعه تامین توان 568 ماهواره در کلاس وزنی متفاوت را جمعآوری نمودام. در ادامه برای هر پارامتر طراحی زیرمجموعه تامین توان به روش خاصی طراحی آماری را انجام میدهیم. به طوری که در هر کلاس وزنی مدلهای مورد نیاز برای تخمین پارامتر را از دادهها استخراج مینماییم. این خاص بودن روش ناشی از نوع اطلاعات موجود است، که با توجه به اطلاعات در مراحل مختلف انتخابهای متفاوتی را پیشنهاد مینمایم. به طور مثال تمامی جرمهای زیرمجموعه تامین انرژی برای ماهوارهها موجود نیست و به دست آوردن این پارامتر برای اکثر ماهوارهها کار سخت و در برخی اوقات غیر ممکن بود بنابراین برای به دست آوردن جرم زیرمجموعه تامین انرژی نوع دسته بندی دادهها عوض شد و تفکیک ماموریتی همانند تمامی مراجع مد نظر قرار گرفت؛ و همچنین برای بدست آوردن توان کل مورد نیاز حامل فضائیای دقیقتر نمودن طراحی نوع دسته بندی تغییر کرد. بنابراین نوع دسته بندی برای بدست آوردن دادههای مورد نظر تابع تعداد دادههای موجود میباشد. فلذا معیار صحیح و درست دسته بندی با توجه به نوع مأموریت مخابراتی با 430 عضو انجام ودر ادامه نتایج ارائه میگردد.
روندنمای طراحی آماری
روندنما طراحی شده برای طراحی آماری زیرمجموعه تامین انرژی در این پایاننامه به صورت شکل 5 3 است. در این روند نما با استفاده از مرجع 8 یک فیدبک جهت تایید صحت اطلاعات طراحی گردید.
شکل 5 3: روندنمای طراحی آماری
محاسبه توان کل مورد نیاز ماهواره به وسیله مدل جرم-توان
با استفاده از دادههای موجود در اطلاعات آماری، به نمودارهایی برای به دست آوردن پارامترهای مورد نیاز میرسیم.طبق روال سایر زیر مجموعه ها جهت تعیین پراکندگی دادههادر ابتدا فراوانی تجمعی داده های بانک اطلاعاتی را درشکل 5 4شکل 5 4به نمایش گذاشته شده است.
شکل 5 4: فراوانی تجمعی انوع باتری شکل 5 5: فراوانی تجمعی انوع آرایه ها
در این بخش با رسم نمودارهای جرم کل نسبت به توان کل برای ماهوارههایی با کلاس وزنی و مأموریت متفاوت از طریق روابط خطی به مدلهایی رسیدیم برای طراحی آماری زیرمجموعه تامین توان که توسط آنها توان کل ماهواره به وسیله جرم کل و مأموریت به دست میآید. نمودارهای رسم شده در پیوست 3 آمده است؛ و جهت پرهیز از زیاده گویی و برای آسان نمودن استفاده از روابط برای طراحی به جمع بندی این بخش به صورت جدول5 1پرداختم.
جدول5 1: روابط استخراج شده برای مدل جرم – توان ماهواره ها
کلاس ماهواره
مأموریت
مدل توان به جرم کل
بزرگ
مخابراتی
علمی-تحقیقاتی
کوچک
علمی-تحقیقاتی
مینی
علمی-تحقیقاتی
میکرو
علمی-تحقیقاتی
نانو
علمی-تحقیقاتی
توان کل مورد نیاز ماهواره
جرم کل ماهواره
شکل 5 6: مدل جرم – توان ماهواره
محاسبه جرم زیر مجموعه تامین انرژی با داشتن جرم کل
برای بدست آوردن مدل جرم زیر مجموعه تامین انرژی با توجه به دسته بندی مأموریتی عمل مینماییم؛ و با رسم نمودارهای جرم زیرمجموعه تامین انرژی برحسب جرم کل حامل فضائیای ماموریتهای مخابراتی و علمی-تحقیقاتی روابط خطی از این نمودارها استخراج نمودیم. که در شکل 5 7 آورده شده است.
برای سادگی استفاده از روابط برای بخش طراحی به جمع بندی این بخش به صورت جدول 5 2 پرداختیم.
جدول 5 2: مدل جرمی زیرمجموعه تامین انرژی ماهواره
مأموریت
مدل جرم زیرمجموعه تامین انرژی به جرم کل
مخابراتی
علمی-تحقیقاتی
جرم زیر مجموعه تامین انرژی ماهواره
شکل 5 7: مدل جرمی زیرمجموعه تامین انرژی ماهواره
تخمین جنس باتری، آرایه خورشیدی و نحوه قرار گیری آن روی ماهواره
این بخش از طراحی آماری با توجه به پایگاه داده و کلاس وزنی انجام میپذیرد و انتخاب نوع باتریهای اولیه و ثانویه و نحوه قرار گیری آرایهها روی ماهوارهها را با توجه به آمار انجام میدهد. نحوه این انتخابها به گونهای است که اگر به عنوان مثال یک نوع باتری خاص در یک کلاس وزنی با مأموریت مشخص بیش از 80% مواقع استفاده شود پس بهتر است اولین انتخاب طراح برای انتخاب باتریها این نوع باتری خاص باشد.
تخمین برای ماهوارههای کلاس بزرگ
مطابق دادههای آماری بهترین انتخاب برای باتریها و آرایهها و نوع کنار هم قرار گیری آنها برای ماهوارههای کلاس بزرگ صورت جدول 5 3است.
شکل 5 8: انتخاب باتریها و آرایهها برای کلاس بزرگ
جدول 5 3: بهترین انتخاب برای باتری ها و آرایه ها و نوع کنار هم قرار گیری آنها برای ماهوارههای کلاس بزرگ به تفکیک مأموریت
مأموریت
بخش مورد نظر
بهترین انتخاب
مخابراتی
نوع باتری شیمیایی
نیکل هیدروژن یا نیکل کادمیوم
نحوه قرار گیری آرایه روی ماهواره
آرایههای باز شونده
جنس آرایه
گالیوم آرسناید یا ایندیوم فسفات
مأموریت‌های علمی تحقیقاتی
نوع باتری شیمیایی
نیکل هیدروژن یا نیکل کادمیوم
نحوه قرار گیری آرایه روی ماهواره
آرایههای
