طراحی مکانیک مدار برای سفر به قمر انسلادوس زحل با استفاده از دیدگاه های دو جسم و سه جسم در مکانیک مداری و بهینه سازی مدار از لحاظ انرژی وزمان

قمر انسلادوس زحل از اسرار آمیزترین نقاط منظومه شمسی است که تاکنون نیز کاوش زیادی روی آن صورت نگرفته. هدف از این پروژه طراحی مدار به قمر انسلادوس زحل و بهینه سازی مدار از لحاظ انرژی و زمان است. برای رسیدن به این هدف از مساله دو جسم در مکانیک مداری و روش پرکاربرد patched conic sections استفاده می گردد و طراحی مدار انجام می شود. در این پروژه ابتدا ماموریت های فضایی انجام گرفته در سال های اخیر مورد مطالعه قرار می گیرد و روش های انتقال بین سیاره ای و مانورهای موجود و همچنین مراحل طراحی مدار برای ماموریت های بین سیاره ای مورد بررسی قرار می گیرد. سپس متد نوینی برای طراحی مدار بهینه از لحاظ انرژی و زمان معرفی می شود. در طراحی مدار فرض می شود که فضاپیما با ایمپالس های لحظه ای در فضا حرکت می کند و این ایمپالس ها را نیز جز در مورد مدارهای بازگشتی، فقط در حضیض مدار هذلولی ملاقات با سیارات وارد می نماید. دلیل این تصمیم این است که هر افزایش سرعت فضاپیما در حضیض مدار ملاقات با سیارات بین راه به افزایش سرعت بزرگتری در بی نهایت منتهی می گردد. در ادامه با کمک نرم افزار matlab کدی نوشته می شود که تمام محاسبات مداری لازم را انجام دهد و با گرفتن ورودی های بازه پرتاب فضاپیما، حداکثر زمان سفر و حداکثر انرژی پرتابگر فضایی، مدار بهینه برای سفر یبن سیاره ای مورد نظر را طراحی نماید. در نهایت کد نوشته شده برای بازه پرتاب فضاپیمای کاسینی پیاده سازی می شود و تابع هدف به صورت مقدار انرژی مصرفی فضاپیما از لحظه جدایش از آخرین مرحله پرتابگر (مجموع ?v ها) انتخاب می گردد. مشاهده می شود که مدار بهینه محاسبه شده از طریق نرم افزار با دقت بالایی بر مدار فضاپیمای کاسینی منطبق است و مقدار انرژی محاسبه شده نیز همان انرژی فضاپیمای کاسینی است. همچنین مدار جدیدی بدست می آید که اگرچه نسبت به مدار کاسینی کمی مصرف انرژی بالاتری دارد ولی در عوض با پرتابگر فضایی بسیار ضعیفتری نیز می توان این ماموریت را انجام داد. این موضوع از آنجا اهمیت می یابد که در بسیاری از کشورها از جمله کشورمان ایران پرتابگرهای فضایی قدرتمندی وجود ندارد. در این حالت این کشورها می توانند با این روش حتی با پرتابگرهای فضایی ضعیف فضاپیما ها و کاوشگرهایی را به نقاط دور دست منظومه شمسی ارسال کنند.