نرم افزار های طراحی ماهواره
مقدمه
در توسعه و پيشرفت هر پروژه ماهواره اي تعداد کمي پارامتر
و تعداد زيادي فرض موجود است. يكي از كم هزينه ترين و
سريعترين راه حل ها براي رفع اين مشكل استفاده از توانمندی های
نرم افزاری مي باشد. از سويی با فرستادن ماهواره به فضا، ايجاد
تغييرات احتمالي بسيار دشوار مي شود لذا براي رفع اين مشكل و
چالش نيز ايده استفاده از نرم افزارها در سطح جهان مطرح مي گردد
و مقرون به صرفه می باشد.
در اين مقاله چند پارامتر زير در انتخاب نرم افزارها بيش از پيش مد نظر است :
1- معتبر بودن نتايج
2- استقبال جهاني
3- در دسترس بودن
4- تجربه كار كردن
5- داشتن بانك اطلاعاتي قوي
از سويی نرم افزارها را نيز ، به گروه های زير تقسيم بندی نموده ايم
1- نرم افزارهاي بانك اطلاعاتي
2-نرم افزارهاي طراحي مدار مانند (Satellite Tool Kit STK)
3- نرم افزارهاي طراحي عمومي مانند Solid work ،CATIA
4- نرم افزارهاي طراحي مکانيزم ها مانند Visual Nastran ،CATIA
5- نرم افزارهاي تحليل ANSYS ،NASTRAN ،SINDA/FLUINT ،SSPT ،TERMICA
6- نرم افزارهاي ساخت مانند CATIA
7- نرم افزار هاي مونتاژ مانند CATIA
8- نرم افزار تخمين هزينه و مديريت پروژه مانند( Small Satellite Cost Model (SSCM
9- نرم افزارهاي شبيه ساز مانند Spacecraft control Toolbox
تعدادی از اين نرم افزارها را شرح می دهيم و
در مقالات آينده در مورد ديگر نرم افزارها صحبت می کنيم.
در اين مجموعه بانک اطلاعاتی تمام ماهواره هايی که تاکنون به فضا
پرتاب گشته اند و يا در حال مراحل تکميل می باشند به صورت
تفکيکی جمع گرديده اند .مثلا تمام ماهواره ای مخابراتی در يک
رده و يا کليه ماهواره های جاسوسی در رده ديگر قرار گرفته اند .
اين بانک اطلاعاتی ،اطلاعاتی درباره تاريخچه ماهواره ها ،
ويژگی های پرتابگر های آنها و يا مدار قرار گيری ماهواره در فضا
و محموله ای که با خود حمل می کند ارائه گشته است .
نرم افزار تخمين هزينه و مديريت پروژه
نرم افزارهای زيادی در اين زمينه در سطح جهان استفاده می گردد
که به شرح هر يک می پردازيم
- ACEIT (Automated Cost Estimating Integrated Tools)
اين نرم افزار در زمينه بازيابي و آناليز داده ها، ساخت مدل هزينه
و تخمين آن در سازمان هاي دولتي آمريكا مورد استفاده قرار مي گيرد.
- BEST ESTIMATE
اين نرم افزار در طراحي و ساخت و بازنگري روي طرح،
قابليت هاي خوبي را دارا است.
- Bidworx
اين نرم افزار نيز در ساختار مديريتي آمريكا مورد استفاده قرار مي گيرد.
- BSD SoftLink
اين نرم افزار نيز در محاسبه هزينه هاي مديريتي طرح،
هزينه هاي مهندسي و آناليز هزينه بسيار معتبر مي باشد.
بستهCOCOMO :
از اين نرم افزار معتبر نسخه هاي متفاوتي همراه با تصحيحات
متعدد از سال 1981 براساس كتاب
book Software Engineering Economics نوشته Dr. Barry Boehm
بازار فرستاده شده است. مانند:
نرم افزاري جستجو گر براي يافتن هزينه ها مي باشد.
به كمك اين نرم افزار مي توان هزينه تمام سيكل و
دوره زندگي يك ماهواره را محاسبه نمود.
با استفاده از آن مي توان هزينه مربوط به مواد مصرفي
و كار مهندسي مورد نياز در پروژه را محاسبه نمود.
هزينه هاي مربوط به پروژه و برنامه كاري و نيازهاي عملياتي را تعيين مي كند.
هزينه هاي مربوط به طرح را مشخص مي كند.
- CostTrack
- Crystal Ball
- DeccaPro
- ECOS European Space Agency (ESA) Costing Software.
اين نرم افزار در سازمان فضايي اروپا براي تخمين هزينه ها به كار مي رود.
- ECOM European Space Agency (ESA) Cost Modeling Software.
اين نرم افزار در سازمان فضايي اروپا براي تخمين
هزينه هاي مربوط به مدل به كار مي رود.
به كمك اين نرم افزار مي توان مدل هاي كاربردي
موجود در اينترنت درباره تخمين هزينه ها، را دريافت نمود.
يكي از بهترين نرم افزارها براي استفاده در كشور ما،
با توجه به ساخت و طراحي ماهواره هاي كوچك، مي باشد.
از مهمترين ويژگي آن اعتبار بالا و دارا بودن بانک اطلاعاتي
پر قدرت مي باشد كه شامل ماهواره هاي كوچكي كه
در جدول زير آمده است، مي باشد.
ACE IMAGE | LEWIS OERSTED PoSAT-1 PROBA | RADCAL REX SCISAT 1 |
بقيه نرم افزارها زير نيز عملياتي مشابه انجام مي دهند:
EMQUE’s Perfect Project DecisionTools Suite
D4COST•2000 DOD Tools and Models Index
ForecastX KAPES (Knowledge Aided Planning & Estimating System)
Micro Estimating Systems, Inc. NASA/Air Force Cost Model (NAFCOM)
PACES (Parametric Cost Engineering System)
PCM PRICE Estimating Suite Primavera Systems, Inc.
Pulsar RSMeans QuickCost Calculator RACER
Space Operations Cost Model (SOCM) SPSS Products
SYSTAT TANK RACER Timberline Software
TRACES (Tri-Services Automated Cost Engineering Systems)
Video Estimator Welcom WinEstimator, Inc. WinRACE
نرم افزارهاي شبيه ساز
شبيه ساز هاي زيادي که اکثرا تحت محيط MATLAB و SIMULINK
مي باشند و يا مانند آنها عمل می کنند در سطح جهان مورد
استفاده قرار می گيرند که به شرح چند نمونه از آنها می پردازيم
نرم افزار SPASIM و ROSE
در بين نرم افزار هاي شبيه سازفضا پيما، نرم افزارهايي
مانند SPASIM وROSE نقش مهمي را در شبيه سازي هاي
اجزاي فضا پيما و در نهايت خود فضا پيما و همچنين طراحي،
ساخت و توليد انبوه آن ايفا مي کنند.
نرم افزار SPASIM بيشتر در جهت شبيه سازي اجزاي مختلف
فضا پيما و ارائه پارامترهاي مربوط به هر يک از اين اجزا و
در نهايت شبيه سازي کل مجموعه فضا پيما، مورد استفاده
قرار مي گيرد و نرم افزار ROSE بيشتر در جهت طراحي،
ساخت، آزمايش و بالاخره توليد انبوه انواع مختلف فضاپيما
با اجزا و سيستم هاي متفاوت مورد استفاده واقع مي گردد.
با استفاده از اين دو نرم افزار بالاخص SPASIM به راحتي
مي توان شبيه سازي يک فضاپيما را انجام داده و
اجزاي فضا پيما را به راحتي شبيه سازي نمود،
به هر حال SPASIM نقش به سزايي در شبيه سازي
فضاپيما ها داشته و همه پارامترها و مشخصه هاي
مربوط به اجزاي فضاپيما و نيازهاي آن را عملا
با استفاده از اين شبيه ساز مي توان براي
استفاده کننده مشخص نمود. بيشتر آناليزهاي
مهم که در شبيه سازي انجام مي شود
شامل مقايسه مقادير و داده هاي در دسترس
با داده هاي موجود در سطح جهان و تغيير آنها
در جهت بهبود کار اجزاء فضاپيما مي باشد.
با توجه به شيوه كاركرد عمومي اين نرم افزارها
به توضيح چند مورد از آنها مي پردازيم.
شرح شبيه ساز SPASIM
در اين شبيه ساز براي تعريف کردن يک مدل،
استفاده کننده جعبه مورد نياز خود را از کتابخانه موجود
انتخاب مي کند و با کشيدن آن به محيط مدل،
آن را تعريف مي کند. سپس با وصل کردن اجزاء
مختلف مثلا توابع رياضي، توابع ديناميکي
و غيره به وسيله خطوطي که از ورودي ها
و يا خروجي هر کدام مي باشد؛ آنها را به هم مرتبط مي کند
و پس از شبيه سازي مي توان آن را اجرا و نتايج دلخواه
را مشاهد نمود. براي واضح شدن اين فرآيند بهتر است وارد محيط آن شويم.
با کليک کردن بر روي هر جزکه اصطلاحا” به آن ماسک
گفته مي شود، مي توان وارد آن شد. (که هر قسمت را در زير توضيح مي دهيم.)
SPACECRAFT BUS
به اجزاء مختلف تقسيم مي شود: جلوبرندگي
، حرارتي، قدرت، هدايت و ناوبري، کنترل، ارتباطات
، رهگيري و نگهداري و سازماندهي اطلاعات
سيستم حرارتي:
هدف اين جزء از فضاپيما نگهداشتن
اجزاء فضاپيما در يک محدوده دمايي خاص است.
سيستم جلوبرندگي:
هدف اين جزء از فضاپيما
ايجاد تراست لازم براي حفظ يا تغيير مدار يا حالت
فضاپيما مي باشد. اين جزء از دو منبع استفاده مي کند،
انرژي الکتريکي و جلو برندگي.
سيستم قدرت:
هدف سيستم قدرت تامين و
ذخيره و پخش کردن انرژي الکتريکي است.
هدف سيستم هدايت، ناوبري
و کنترل تامين کردن محاسبات و کنترل دقيق حالات
و شرايط و نيز وضعيت مداري فضاپيما مي باشد.
سيستم ارتباطات و رهگيري:
هدف اين سيستم برقرار کردن ارتباط
با ايستگاه هاي زميني به منظور نگهداشتن
و ذخيره کردن داده ها و اطلاعات مي باشد.
در هر قسمت مي توان با دو بار کليک کردن بر روي آن جعبه مربوطه،
زير بخش هاي آن را مشاهده نمود و هر زير بخش
هم ممکن است زير بخش ديگري نيز داشته باشد
که مي توان وارد هريک شد. در آخرين زير بخش مي توان
با دو بار کليک کردن پارامترهاي موجود در جعبه را مشاهده نمود
و داده ها خود را در آن وارد نمود. براي مثال وارد
زير بخش قسمت POWER مي شويم که داراي زيربخشهاي:
Solar array که محل توليد توان در ماهواره Battery که
محل ذخيره توان در ماهواره Charge unit که محل کنترل توان است.
همچنين ممکن است علاوه بر قسمت هاي فوق
اطلاعاتي نيز براي کل بلوک لازم باشد که با کليک کردن
بر روي آن بلوک نيز مي توان اطلاعات آن را تنظيم نمود.
Payloads
ابزارهايي که براي تکميل ماموريت ماهواره توسط
ماهواره حمل مي شوند، در اين رده قرار مي گيرند
که در default اين شبيه ساز چهار نوع payload متفاوت موجود
مي باشد.
Spacecraft Parameters
با وارد شدن دراين قسمت مي توان تنظيماتي
را انجام داد. از آن جمله مي توان نمودارهايي
که لازم است با اجرا اين شبيه ساز از طريق
منوي simulation→startترسيم شود را مشخص نمود
که حدود 26 نمودار از قبل در آن تعريف شده است.
Spacecraft component libarary
در اين قسمت مي توان از توابع موجود در آن
استفاده نمود و مدل جديدي ايجاد نمود.
Help
با کليک بر روي علامت سوال مي توان
وارد help کامپيوتر شد و از آن استفاده نمود.
شرح شبيه سازROSESAT
ROSESAT مخفف کلمه
Real Time object oriented Simulation environment
for Spacecraft Analysis and Testing مي باشد.
شامل يک مدل گرافيکي با محيط پيشرفته،
يک شبيه ساز Real-Time و يک محيط آزمايش
و قابل تست کردن مي باشد. مدل گرافيکي با
محيط پيشرفته، ساختن يک فضاپيما را که شامل
تمام اجزا فضاپيما اعم از حرارتي، تواني، جلو برندگي،
هدايت و ناوبري و پردازش داده ها مي باشد؛ را انجام مي دهد.
اين امر به استفاده کننده اجازه مي دهد که
يک سيستم يا يک جزء سيستم را به وسيله
ترسيم اجزاء آن با استفاده از کتابخانه ها و منابع اوليه موجود توصيف نمايد.
اين شبيه ساز داراي بخش هاي زير مي باشد.
بخش رياضيات: شامل توابع رياضي لازم براي شبيه سازي
بخش ديناميکي:
شامل بلوک هاي (objects) لازم براي شبيه سازي ديناميک ماهواره
بخش گرمايي:
براي کنترل دماي ماهواره
بخش قدرت:
براي شبيه سازي بخش توليد توان الکتريکي
فضا پيما و سيستم پخش کننده توان مي باشد.
بخش TM/TC:
شامل بلوک هايي براي شبيه سازي
سيستم پردازش و انجام داده ها و اطلاعات فضاپيما مي باشد.
بخش تجهيزات on-board:
شامل بلوک هايي براي شبيه سازي کردن
رفتار تجهيزات مختلف فضاپيما از جمله سنسور ها، actuator ها و GPS ها
بخش نرم افزار on-board:
شامل بلوک هايي براي شبيه سازي
سيستم هاي کنترلي، مانند سيستم کنترل مداري و حالات شرايط فضا پيما مي باشد.
اين نرم افزار نيز داراي کتابخانه مي باشد که با
انتخاب بلوک هاي لازم مي توان مدل خود را شبيه سازي نمود
و ورودي هاي خود را در آن وارد نمود.
پروژه ها
به کمک اين شبيه ساز پروژه هاي زير نيز به
انجام رسيده است که حکايت از اعتبار اين
نرم افزار در پروژهاي ساخت ماهواره مي کند.
1- در آژانس فضايي اروپا اين سيستم به عنوان
يک شبيه ساز وسيله نقليه فضايي بوده و از آن
در توليد انبوه و طراحي وسايل نقليه فضايي
يا سيستم اتوماتيک استفاده شده است.
2- در دانشگاه کارتون درکانادا، دانشجويان
با استفاده از ROSESAT مي توانستند يک ماهواره کوچک طراحي نمايند.
3- در سيستم فضايی وجا در آلمان از ROSESAT به
منظور نشان دادن يک شبيه ساز Real-Time براي اهداف اجرايي استفاده مي شود.
جعبه ابزار Spacecraft control Toolbox
اين جعبه ابزار که از امکانات جانبي نرم افزار مطلب مي باشد،
به طور وسيع در طراحي و شبيه سازي و آناليز
سيستم هاي کنترل ماهواره بکار مي رود که با تجربه بيش از 20 سال بر روي طرح هاي همچون
Mars Observer, GGS Polar, Inmarsat 3 and GPS IIR.
به کار رفته است اين جعبه ابزار از بيش از 500
زير برنامه كامل (ام فايل نرم افزار متلب) تشکيل شده است؛که داراي امکانات زير مي باشد.
1- مدل کردن ديناميک جسم و کنترل آن (attitude control and dynamics)
2- مدل کردن هندسي جسم (cad modeling)
3- ديناميک و سينماتيک مدار(orbital dynamics and kinematics)
4-تقويم نجومی (ephemeris)
5- مدل کردن سنسورها (actuator and sensor modeling)
6- سيستم حرارتي(thermal)
7- توابع رياضي (mathematics operations)
که بيشتر اين توابع مي توانند به طور جداگانه
مورد استفاده قرار بگيرند مگر در چند مورد خاص.
در اين نرم افزار جامع در هر قسمت مدل هايي موجود است
(demo) که ورودي دريافت نمي کنند
و با اجراي آن مي توان احساسي در مورد طرح مورد نظر بدست آورد.
همچنين در هر جعبه موجود در کتابخانه پارامترهايي به صورت پيش زمينه به عنوان شرايط اوليه موجود
مي باشد؛که کاربر مي تواند از آنها استفاده نمايد و يا آنها را تغيير بدهد.
شبيه سازهاي ديگر
شرکت هاي ساخت سيستم هاي ماهواره شبيه ساز هاي
زيادي را بر پايه زبان فرامين فضاپيما طراحي و گسترش داده اند
که اين خود شامل برنامه هاي فضايي شبيه سازي زير مي شود.
شبيه ساز ماهواره GEOSAT FOLLOW-ON(gfo)
شبيه ساز ماهواره gfo به منظور تامين کردن ملاحظات
و ارزشيابي هاي قبل از پرواز به طور عملي مورد استفاده واقع مي شود
شبيه ساز ماهواره EARTHWATCH QUICKBIRD
اين شبيه ساز براي آموزش هدايت کننده ها
و کاربران فضاپيما ها به منظور هدايت کردن فضاپيما
به طور کاملا بي خطر و موثر به کار مي رود.
شبيه ساز ماهواره SBIRS
اين شبيه ساز داراي قابليت متوسط بوده
و داراي فرامين closed-loop و همچنين شبيه ساز تله متري مي باشد.
شبيه ساز تاکتيکي محيط A2C2S
اين شبيه ساز، شبيه سازي پيام هاي
ديجيتالي را به وسيله فرامين نيرو زميني و
ساير اطلاعات کنترلي به انجام مي رساند.
نتيجه گيري:
استفاده از نرم افزارهای فضايی نه تنها باعث کاهش
هزينه زمانی می گردد بلکه در مديريت پروژه ها و
مراحل تست ، مونتاژ نيز به طور گسترده به کار می رود
که به طور کلی باعث تسهيل در امر طراحی و ساخت می گردد .







































































































































































































































