طراحی سیستمی رانشگر گرمایش مایکروویو با رویکرد بهینه‏سازی طراحی چند موضوعی به کمک الگوریتم ژنتیک

رانشگر گرمایش مایکروویو(microwave electro-thermal thruster) یکی از رانشگرهای الکتریکی نوپا در عرصۀ پیشرانش فضایی است که برای مأموریت‏‏های طولانی‏مدت با نیروی رانش پایین، نظیر مانور انتقال مداری و سفرهای بین سیاره‏ای کاربرد داشته و به دلیل برخی ویژگی‏های منحصر به فرد، نظیر راندمان الکتریکی بالا، عمر عملیاتی بیشتر نسبت به رانشگرهای گرمایشی دیگر و ساختار نسبتاً ساده‏تر در مقایسه با رانشگرهای یونی، در دهۀ اخیر مورد توجه قرار گرفته‏ است. این رانشگر با استفاده از امواج مایکروویو و بر اساس پدیدۀ تشدید، دمای مولکول‏های پیشران را تا حد یونیزه شدن و تشکیل پلاسما بالا برده و با ایجاد یک مخلوط گازی داغ و خروج آن از یک نازل ترمودینامیکی، ایجاد نیروی رانش می‏کند. هدف این پژوهش، طراحی سیستمی رانشگر گرمایش مایکروویو برای انجام یک مأموریت فضایی با رویکرد بهینه‏سازی طراحی چند موضوعی(mdo) است که بدین منظور از الگوریتم ژنتیکِ مرتب‏سازی نامغلوب و نخبه‏گرا(nsga-ii)، به عنوان ابزار بهینه‏سازی استفاده شده است. الگوریتم، پس از پیاده‏سازی و صحه‏گذاری بر روی چند مسئلۀ نمونۀ بهینه‏سازی، در جهت یافتن طرح‏های مفهومی موجه و بهینه برای انجام یک مأموریت انتقال مداری در leo مورد استفاده قرار گرفته است. در روند بهینه‏سازی، پارامترهای زمان مأموریت، جنس پیشران، نوع باتری، نوع آرایۀ خورشیدی، فرکانس تشدید، ابعاد محفظۀ تشدید و کسر جرمی محموله به عنوان متغیرهای تصمیم و کمینه کردن جرم رانشگر، ضریب کیفیت محفظۀ تشدید و زمان مأموریت و همچنین بیشینه کردن ضریب تخلیۀ نازل ترمودینامیکی، به عنوان اهداف طراحی در نظر گرفته شدند. نتایج بهینه‏‏سازی نشان می‏دهند که با توجه به ماهیت متضاد اهداف طراحی، دستیابی به نقطۀ بهینۀ مطلق برای همۀ اهداف، به صورت همزمان امکان‏پذیر نبوده اما الگوریتم با رویکرد مصالحۀ منصفانه بین اهداف، مجموعه‏ای از طرح‏های سیستمی را ارائه می‏دهد که هر یک از آنها، ضمن برآورده کردن تمامی الزامات طراحی، از نظر برخی اهداف در نقطۀ بهینه و از نظر برخی اهداف در سطح متوسط اما موجه قرار دارند.