Ανάπτυξη Μεθόδων Μέτρησης Και Ανάπτυξη Αλγορίθμων Μοντελοποίησης Και Ανάλυσης Μαγνητικής Συμπεριφοράς Συσκευών Για Επίτευξη Μαγνητικής Καθαρότητας Σε Διαστημικές Αποστολές

Abstract

Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη στοχαστικών αλγορίθμων μοντελοποίησης και ανάλυσης μαγνητικής συμπεριφοράς συσκευών με χρήση σε μελέτες μαγνητικής καθαρότητας σε διαστημικές αποστολές. Επιπλέον, γίνεται μελέτη παραμέτρων σχετικά με τη διαδικασία της μέτρησης του μαγνητικού πεδίου της συσκευής προς μοντελοποίηση (EUT), αφού από το μετρούμενο μαγνητικό πεδίο θα προκύψουν τα ισοδύναμα μοντέλα των συσκευών.Αρχικά, στο κεφάλαιο 1, περιγράφεται η σημασία της μαγνητικής καθαρότητας στις διαστημικές αποστολές με αναφορά σε διαστημικές αποστολές του παρελθόντος όπου έγιναν προσπάθειες να επιτευχτεί. Επιπλέον παρουσιάζονται η διαδικασία και ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του μαγνητικού πεδίου σε πιστοποιημένες εγκαταστάσεις καθώς και η προσέγγιση που χρησιμοποιείται για την δημιουργία μοντέλων με ισοδύναμη μαγνητική συμπεριφορά με τον εξοπλισμό των διαστημικών αποστολών.Στο κεφάλαιο 2 αναπτύσσεται η αβεβαιότητα στην διαδικασία μετρήσεων αναλύοντας τα είδη αβεβαιότητας και τον τρόπο προσέγγισης και υπολογισμού με ενδεικτική εφαρμογή αναγνώρισης παραγόντων αβεβαιότητας στην διαδικασία μέτρησης μαγνητικού πεδίου σε μία πιστοποιημένη εγκατάσταση.Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται οι δύο κατηγορίες στοχαστικών μεθόδων βελτιστοποίησης, PSO και GA, που θα χρησιμοποιηθούν στην παρούσα διατριβή για τη δημιουργία των αλγορίθμων που θα παράγουν τα ισοδύναμα μοντέλα του εξοπλισμού από μετρήσεις του κοντινού μαγνητικού πεδίου που παράγει. Στη συνέχεια, στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται ο πρώτος στοχαστικός αλγόριθμος, που βασίζεται στην PSO, για δημιουργία μοντέλων με ισοδύναμη μαγνητική συμπεριφορά με ένα EUT. Στο κεφάλαιο αυτό αναπτύσσονται το πρόβλημα, ο τρόπος προσέγγισης του αλγορίθμου και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που παρήγαγε ο αλγόριθμος με προσομοιωμένα EUT, επιβεβαιώνοντας την αποδοτικότητα του αλγορίθμου.Ακολούθως, στα κεφάλαια 5 και 6 αναπτύσσονται δύο αλγόριθμοι, βασιζόμενοι στην προσέγγιση του κεφαλαίου 4, επικεντρωμένοι σε μεθοδολογία βαθμονόμησης (calibration) εγκαταστάσεων μέτρησης μαγνητικού πεδίου και σε δημιουργία μοντέλου με ταυτόχρονη ύπαρξη διπόλου και τετραπόλου ενός EUT αντίστοιχα. Από τα αποτελέσματα των αλγορίθμων, επίσης, επιβεβαιώνεται η αποδοτικότητα τους.Το κεφάλαιο 7 περιλαμβάνει τον δεύτερο στοχαστικό αλγόριθμο για μοντελοποίηση μαγνητικών πεδίων, με τον οποίο γίνεται μείωση του αριθμού των μεταβλητών προς υπολογισμό για την παραγωγή του μοντέλου. Ο αλγόριθμος αυτός έχει υλοποιηθεί και με PSO και με GA με αντίστοιχη αποδοτικότητα που επιβεβαιώνεται από τα αποτελέσματα σε προσομοιωμένα EUT. Επιπλέον, με χρήση του αλγορίθμου αυτού, γίνεται μελέτη διατάξεων τοποθέτησης μαγνητομέτρων με σκοπό την πληρέστερη λήψη του μαγνητικού πεδίου ενός EUT δοκιμάζοντας 4 διαφορετικές διατάξεις και αξιολογώντας την ακρίβεια τους στη μοντελοποίηση ενός EUT.Τέλος, στο κεφάλαιο 8, οι αλγόριθμοι των κεφαλαίων 4 και 7 δοκιμάζονται σε πραγματικές μετρήσεις μαγνητικών πεδίων από EUT και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της μοντελοποίησης, επιβεβαιώνοντας εκ νέου την ικανότητα τους στην λύση του προβλήματος, ενώ στο κεφάλαιο 9 παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της διατριβής και τις μελλοντικές εργασίες.