بررسي اثر اتصال در برخورد دو ماهواره بدون سرنشين حين عمليات پهلوگيري مركزي

Impact Investigation between Two Unmanned Satellites during Central Docking Process

يكي از مسائل بحراني در عمليات سرويس‌دهي به ماهواره‌هايي كه در مدار قرار گرفته‌اند، ايجاد يك مكانيزم پهلوگيري امن و قابل اعتماد است. در اين مقاله رفتار ديناميكي يك پين انعطاف‌پذير در مكانيزم پهلوگيري مركزي ماهواره‌ها بررسي شده و نيز با استفاده از توانمندي‌هاي نرم افزار آدامز شبيه‌سازي انجام شده است. به اين ترتيب كه ابتدا يك مدل سه‌بعدي براي عمليات پهلوگيري دو ماهواره با فرض تير يكسر درگير انعطاف‌پذير به عنوان جاذب شوك، ايجاد شده و در مرحله بعد، مساله برخورد بررسي شده است. نتايج شبيه‌سازي از هماهنگي مناسبي با نتايج تئوري و تجربي مشابه برخوردار است. در نهايت، علاوه بر حل مساله به صورت سه‌بعدي و بررسي پديده ضربه بين دو ماهواره و نيروي اعمال شده در حين آن، اثر پارامترهايي نظير نوع اتصال بين تير و جرم متمركز و همين‌طور اتصال بين ناحيه مخروطي و بدنه ماهواره هدف، بررسي شده‌اند. نتايج اين بررسي‌ها نشان مي‌دهد كه دوران گوي نسبت به پين مخصوصا در راستاي رُل، نيروي ضربه بين دو ماهواره را كاهش مي‌دهد. همچنين متحرك بودن گوي سرعت ماهواره هدف و نيز سرعت زاويه‌اي آن را بعد از برخورد به ميزان كمتري افزايش داده و بدين وسيله احتمال اتصال موفق ماهواره‌ها را افزايش مي‌دهد. از طرفي، حركت ناحيه مخروطي نسبت به ماهواره هدف نيز يكي از عواملي است كه بيشينه نيروي برخورد دو ماهواره را كاهش داده و در نتيجه، شوك حاصل از برخورد روي سازه دو ماهواره را كاهش مي‌دهد و شانس پهلوگيري موفق افزايش مي‌يابد.

One of the key issues in the operations of on orbit servicing to unmanned satellites is to provide a safe and reliable docking process. This paper investigates the dynamic behavior of a flexible probe in the central docking mechanism of unmanned satellites. For simulating the impact phenomenon, a dynamic analysis software (MSC. Adams) has been applied and a three-dimensional model has created based on the assumption of a flexible clamped beam as a shock absorber. The results are in good agreement with similar theoretical and experimental results. additionally, it is possible to consider the parameters such as the type of connection between the beam and the concentrated mass, angular and translational velocity of chaser and target satellites, in order to determine the optimum condition to perform a successful docking operation. The results of this study indicate that the use of a spherical joint for the ball attached to the probe, significantly reduces the maximum value of impact force. Also, the rotation of the sphere leads to less change in the linear and angular velocity of the target satellite and increases the probability of successful mating of the satellites. On the other hand, the movement of the conical area relative to the target satellite reduces the maximum impact force and shock resulting on the satellites structure. As a result, the chance of successful docking increases.