طراحي بهينه‌ي الگوريتم هدايتي در فاز تغيير آرايش منظومه‌ي ماهواره‌اي

Optimal design of guidance algorithm for the reconfiguration phase of the satellite constellation

شيوه‌ي جديدي براي تغيير آرايش منظومه‌هاي ماهواره‌اي بر اساس تيوري لامبرت ارايه مي‌گردد. مسيله‌ي تغيير آرايش در اين مقاله با قيد كمينه‌سازي هزينه‌هاي ناشي از مصرف سوخت مد نظر قرار مي‌گيرد. از اين رو، مانورهاي مداري مورد نياز اجراي عمليات تغيير آرايش به گونه‌اي طراحي مي‌شود كه انتقال مداري ماهواره‌ها به آرايش منظومه‌ي مطلوب با حداقل هزينه امكان‌پذير شود. همچنين روش انتقال مداري معرفي شده براي اجراي فاز تغيير آرايش منظومه‌ي ماهواره‌اي، هيچگونه قيدي بر روي شكل و جهت‌گيري مدارهاي اوليه و هدف اعم از هم‌صفحه و هم‌محور بودن، دايروي بودن و يا داشتن يك نقطه‌ي مشترك ايجاد نمي‌كند. علاوه بر آن، روشي براي مدلسازي تابع هزينه‌ي مسيله‌ي تغيير آرايش ارايه مي‌گردد كه در آن دو امر مهم انتقال مداري بهينه‌ي ماهواره‌ها به آرايش منظومه‌ي هدف و تخصيص بهينه‌ي هر يك از ماهواره‌ها به يك موقعيت يا مدار نهايي خاص، در يك گام انجام مي‌پذيرد. بدين منظور و براي دستيابي به پاسخ بهينه‌ي سراسري مسيله‌ي تغيير آرايش منظومه، از تكنيك بهينه‌سازي ازدحام ذرات و ژنتيك مركب استفاده مي‌گردد. در نهايت، دو سناريوي مختلف تغيير آرايش منظومه‌ي ماهواره‌اي، يك بار با استفاده از شيوه‌ي ارايه شده و يك بار با در نظر گرفتن موقعيت‌هاي پرواز و استقرار معين براي ماهواره‌ها، مدلسازي و حل مي‌شود. نتايج حاصله حاكي از برتري شيوه‌ي ارايه شده در اين مقاله است.

A novel approach is presented for the reconfiguration of satellite constellations based on Lambert’s theorem. The reconfiguration problem in this article, is considered with the constraint of overall fuel cost minimization. Hence, orbital maneuvers required for the operation of reconfiguration are designed in such a way that, transferring globally the satellites to the desired configuration of constellation will be possible at minimal cost. Also, the introduced method of orbital transfer for implementing the reconfiguration phase of satellite constellation has no limitation on the shape and orientation of initial and target orbits such as: co-planarity, coaxiality, circularity and/or the existence of a common point. Moreover, a method is offered for modeling the cost function of reconfiguration problem in which the two important tasks of optimal orbital transfer of satellites to the target configuration of constellation and optimal assignment of each satellite to a specific terminal position or final orbit will be done in one single step. For this purpose and in order to achieve globally optimal solution of the reconfiguration problem of constellation the hybrid PSO/GA is used. Finally, two different scenarios of reconfiguration of satellite constellation will be modeled once by the presented approach and once by considering determined positions of flight and deployment for the satellites. The obtained results indicate the superiority of the idea presented in this article.