بخشی از مقاله
چکیده
دستیابی به فناوری های نوین طراحی سامانه های فضایی با قابلیت اطمینان بالا، همراه با کاهش هزینه و زمان چرخه طراحی، یکی از مهمترین چالش های صنایع فضایی می باشد . در این مقاله، سعی شده است، ضمن معرفی رویکردهای نوین شامل: مهندسی سیستمها، بهینه سازی چند موضوعی، طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان، طراحی مقاوم، کاهش هزینه و رویکرد هیبریدی، روند توسعه این رویکردها را در محصولات هوافضایی جهان مورد بررسی قرار دهیم.
-2 مقدمه
طراحی و ساخت یک محصول فرآیندهای مختلفی را شامل میشود؛ که اولین آنها فرآیند طراحی و توسعه میباشد. رویکردهای مختلفی براین فرآیند تاثیر گذارند که مهمترین آنها مهندسی سیستمها میباشد. از آنجا که محصولات فضایی جزو محصولات پیچیده بحساب میآید، لزوم پرداختن به این رویکردها اجتناب ناپذیر میشود. سازمان فضایی ایالات متحده امریکا - ناسا - از جمله سازمانهای فضایی است که این رویکردها را بطور منطقی و اصولی بر پروژههای فضایی خود بکار گرفته است.
از طرفی، در حالت کلی دو رویکرد سنتی و نوین، رویکردهای جامع محسوب می شوند. در رویکردهای نوین موثر بر فرآیند طراحی و توسعه می توان اشاره داشت به مهندسی سیستمها، بهینه سازی چند موضوعی، طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان، طراحی مقاوم، کاهش هزینه و رویکرد هیبریدی که خود دربرگیرنده رویکردهای دیگر است - شکل. - 1 از منظر دیگر، دستیابی به فناوریهای نوین طراحی سامانه های فضایی با قابلیت اطمینان بالا، همراه با کاهش هزینه و زمان چرخه طراحی، یکی از مهمترین چالشهای صنایع فضایی می باشد. در ادامه، به معرفی رویکردهای نوین در طراحی محصولات پیچیده می پردازیم.
-2 رویکردهای نوین در طراحی محصولات پیچیده
موتور سوخت مایع نیز که یک سامانه فضایی پیچیده محسوب می شود از این قاعده استثنا نبوده و در در طراحی موتور سوخت مایع، تعاملات پیچیده ای که در برگیرنده ی موضوعات مختلفی هستند دخیل می باشند از جمله ، سیستم، زیر سیستم های محفظه احتراق، مولد گاز، توربین، پمپ های سوخت و اکسید کننده و غیره؛ لذا ساده سازی این تعاملات پیچیده منجر به افزایش قابلیت اطمینان سامانه خواهد شد. روند طراحی موتورهای سوخت مایع، مسیر رو به رشدی را طی کرده است و نو به نو شاهد ارائه رویکردهای جدیدی بوده است. این روند رو به رشد که در جهت کاهش هزینه های طراحی، بهبود و سادهتر شدن فرایندهای طراحی و اتوماسیون طراحی بوده است، همچنان به مسیر رو به رشد خود ادامه میدهد.
-3 روند توسعه رویکردهای طراحی سامانه های هوافضایی
روش طراحی سامانه های هوافضایی، مسیر رو به رشدی را طی کرده است. این روند رو به رشد که در جهت کاهش هزینه های طراحی، بهبود و سادهتر شدن فرایندهای طراحی و اتوماسیون طراحی بوده است، همچنان به مسیر رو به رشد خود ادامه میدهد. این روند را می توانیم در چندین دوره توسعه مستمر رصد نماییم - شکل : - 2 دوره اول، دوره ایده ها و انجام سعی و خطا است. این دوره که دوره پیشگامان صنعت هوا فضا است از اوایل دهه سی میلادی با تلاشهای افرادی نظیر برادران رایت، فوکر و سیکورسکی آغاز می شود. مشخصه اصلی این دوره اتکای صرف به دانش و تجربیات فردی افراد است، به این معنی که طراحیها بر اساس نوآوری و خلاقیت افراد انجام میگرفته است و باانجام سعی و خطای بسیار به مرحله ظهور میرسیده است.[1]
دوره دوم، دوره تحلیل بر اساس مدلهای ریاضی است. این دوره که خود شامل چندین دوره ارتقاء است در دهه پنجاه میلادی شکل گرفت. در این دوره با گسترش سطح دانش و ارائه مدلهای ریاضی اعتبار تحلیلگران تئوریک برای پاسخگویی به سوالات مطرح در خصوص بهبود عملکرد سیستم های هوافضایی اوج گرفت. در این دوره طراحان به عنوان مجریان اوامر تحلیلگران تئوریک شناخته می شدند. در ادامه توسعه این روند با ظهور کامپیوتر شدت بیشتری یافت و منجر به طراحی به کمک کامپیوتر شد که این روند همچنان ادامه دارد.[1]
دوره سوم، دوره مهندسی سیستم ها است. طراحی و ساخت یک محصول فرآیندهای مختلفی را شامل میشود؛ که اولین آنها فرآیند طراحی و توسعه میباشد. رویکردهای مختلفی براین فرآیند تاثیر گذارند که مهمترین آنها مهندسی سیستمها میباشد. طراحی سامانه های فضایی بر اساس الزامات ماموریت و استانداردهای فضایی فرایندی پیچیده، بسیار زمان بر و پرهزینه می باشد. در طراحی این سامانه ها، تعاملات پیچیده ای که در برگیرنده ی موضوعات مختلفی هستند دخیل می باشند از جمله، پیشرانش، زیر سیستم تغذیه، دینامیک و مسیر، هدایت وکنترل و غیره. طراحی هر زیر سیستم توسط تیم مهندسی مربوطه و بر اساس فناوری خاص خود آن زیر سیستم انجام می گیرد.[5-2]
خروجی های هر زیرسیستم در چندین زیرسیستم دیگر مورد استفاده قرار می گیرد و ممکن است هر زیرسیستم از چند زیرسیستم دیگر ورودی بگیرد. بنابراین تصمیم گیری در هر زیرسیستم به تصمیماتی که در زیرسیستم های دیگر گرفته می شود بستگی دارد. از منظری دیگر، طراحی سیستماتیک و منظم سیستم ها، به ویژه سیستم های پیچیده مستلزم حضور تخصص های مختلف ازجمله مهندسی سیستمها در پروژه ها می باشد. از این رو، مهندسی سیستم ها بایستی درتعریف و تعیین الزامات، محاسبه داد و ستدهای طراحی، بالانس ریسک فنی بین سیستمها، پیش بینی رابطها، تهیه فعالیتهای تصدیق و صحهگذاری، نقش کلیدی داشته باشد.
در این دوره، شاهد پیشرفت ها خوبی در اجرای پروژه ها با این رویکرد بودیم.[6] دوره چهارم، دوره طراحی مقاوم و طراحی بر مبنای قابلیت اطمینان است. همزمان با تحولات دوره سوم، در اواخر دهه شصت میلادی تغییراتی در الزامات طراحی سیستمهای هوافضایی حادث شد. تا پیش از این دوره، الزامات کارکردی و عملکردی مبنای طراحی سیستم ها بود، اما از آن پس الزامات دیگری نظیر، قابلیت اطمینان، ایمنی، دسترس پذیری، تعمیر پذیری... به الزامات طراحی اضافه شده و در نهایت رویکرد طراحی برمبنای قابلیت اطمینان و مقاوم سازی سیستم در مقابل عدم قطعیت ها رویکرد غالب طراحان شد. [6]
دوره پنجم، دوره کاهش هزینه هاست؛ که در حال حاضر در جریان میباشد. در دوره های آغازین، پرداختن به مقوله هزینه اهمیت چندانی نداشت. اما، برای ادامه مسیر با توجه به لزوم بازنگری در هزینه بخش هوافضا از یک سو و لزوم تجاری سازی و رقابتی شدن فن آوری های هوافضایی از سوی دیگر کشورها را بسمت کاهش هزینه ها سدق داد. نمونه هایی از این رویکرد را می توانیم در طراحی سامانه های هوافضایی کشورهای پیشرو نظیر آمریکا، اروپا، هند و چین دنبال کنیم؛ بعنوان نمونه، اتحادیه اروپا، در طراحی ماهواره بر وگا رویکرد کاهش هزینه را مبنا قرار داده است. مثال بعدی چین است، که با رویکرد تجاری سازی، در اکثر موشک ها هزینه طراحی را کاهش داده است؛ و یا کشور هند با ثبت رکورد بیشترین تزریق ماهواره در یک پرتاب و همچنین کاهش هزینه های پرتاب این رویکرد را در موشک PSLV دنبال کرده است.
