تدوين روش بهينه سازي طراحي مفهومي زير سيستم كنترل دماي ماهواره هاي كوچك

Small Satellite Thermal Control SubSystem Conceptual Design Optimization Methodology

زيرسيستم كنترل دماي ماهواره، وظيفه ي حفظ دماي زير سيستم هاي ديگر در محدوده ي مجاز را بر عهده دارد. هدف از اين مقاله، بهينه سازي طراحي زيرسيستم كنترل دماي ماهواره هاي كوچك است. بدين منظور در ابتدا نرم افزار تحليل حرارتي ماهواره تدوين و صحه گذاري شده است. اين نرم افزار پس از دريافت اطلاعات مدار و ماهواره، موقعيت ماهواره را شبيه سازي كرده و شارهاي حرارتي ورودي و خروجي را محاسبه مي كند. سپس دماي هر يك از وجوه ماهواره در دو حالت سرد و گرم محاسبه شده و در نهايت بيشينه و كمينه دماي ماهواره استخراج مي گردد. در اين پژوهش از تركيب سه روش كنترل دماي مرسوم براي ماهواره هاي كوچك استفاده شده است. ضخامت عايق( تعداد لايه ها) ، ضخامت پوشش رادياتور و توان گرم كن به عنوان متغيرهاي طراحي، و دماي مجاز وجوه ( حداكثر و حداقل دما) به عنوان قيود طراحي در نظر گرفته شده اند. تابع هدف يا معيار بهينگي تابعي وزن دار از جرم، هزينه و توان مصرفي سامانه كنترل حرارت است كه مي تواند شاخصي از هزينه آن باشد. روش برنامه ريزي درجه دوم متوالي به عنوان روشي توانمند در بهينه سازي غيرخطي جهت بهينه سازي به كار رفته است. نتايج بهينه سازي نشان مي دهد كه معيار بهينگي در طرح بهينه نسبت به طرح اوليه بهبود قابل ملاحظه اي دارد. سرعت بالا، دقت مناسب و قابليت تعميم اين نرم افزار به طراحي زيرسيستم كنترل دماي طيف وسيعي از ماهوار ه ها از برتري هاي اين تحقيق است. لذا مي توان از اين نرم افزار به عنوان يك ماژول در طراحي بهينه چند موضوعي ماهواره استفاده كرد.

Satellite Thermal Control subsystem has the responsibility of maintaining the temperature of different parts and other subsystems in an allowable range. The purpose of this paper is to optimally design the satellite thermal control subsystem. In order to achieve this goal، at first a software for thermal analysis of satellite was developed and validated. Receiving orbital data and Satellite’s properties، the software simulates the position of the satellite in any desired orbit and calculates input and output thermal flux. Meanwhile، the software calculates the temperature of each sides of satellite in cold case and hot case. At the end، it computs the minimum and maximum temperature of the satellite. Combination of three commonly used thermal control methods for small satellite was used. Insulation thickness، thickness of radiator’s cover، and the power of radiator are considered as design parameter and allowable temperature of surfaces (minimum and maximum allowable temperature) are considered as design constraints. A weighted function of mass، cost، and power consumption of thermal control system are chosen as objective function that can be an indicator of the cost. Sequential Quadratic Programming as a powerful method in nonlinear optimization was used to optimize thermal control properties.The results demonstrated that the objective function improved dramatically comparing to initial design. High speed، appropriate precision، and extensibility of this software to thermal control design of vast majority of small satellites، makes this research superior. Therefore، this software could be cooperated as the thermal control design module in multidisciplinary design optimization of satellites.