صنایع تجهیزات پرتاب
کلیه تجهیزات موردنیاز برای حمل، آماده‌سازی و پرتاب حامل در این بخش تهیه می‌شود. طراحی برج سرویس مستقر در سایت پرتاب نیز در این بخش صورت می‌گیرد.

طراحی حامل‌های فضایی
همان‌طور که گفته شد بخش تحقیقات و طراحی، یکی از بخش‌های اصلی و مهم در صنایع تولید حامل‌های فضایی به شمار می‌رود. این بخش با دریافت یک سفارش به بررسی روش‌های مختلف طراحی حامل فضایی می‌پردازد تا درنهایت به کمک یکی از روش‌های موردبررسی واقع‌شده، طراحی کلی حامل فضایی را انجام دهد. سیکل طراحی و توسعه بیشتر پروژه­ های فضایی دارای پنج فاز زیر می­باشد:
فاز اول) طراحی مفهومی
فاز دوم) طراحی اولیه
فاز سوم) طراحی دقیق
فاز چهارم) آزمایش
فاز پنجم) ساخت نمونه
در فاز اول مشخصات کلی حامل از قبیل تعداد مراحل و محدوده‌های تراست، جرم و ابعاد هر مرحله و همچنین ضرایب جرمی انرژیتیک به دست می‌آید. اطلاعات به‌دست‌آمده در این فاز ممکن است با مقادیر نهایی حدود ۲۵ درصد اختلاف داشته باشد. در فاز دوم اطلاعات به‌دست‌آمده در فاز اول برای هر زیرسیستم با دقت بیشتری تحلیل و بررسی می‌شوند و نهایتاً مشخصات جزئی‌تری از حامل به دست می‌آید. در فاز طراحی دقیق، ابعاد دقیق زیرسیستم‌ها و نقشه‌های ساخت آن‌ ها و همچنین جانمایی آن‌ ها در حامل تعیین می‌شود. پس از تست و آزمایش این زیرسیستم‌ها به‌طور جداگانه و باهم و تطبیق عملکرد آن‌ ها در کنار یکدیگر، نمونه اولیه تولید می‌گردد. نهایتاً پس از رضایت از عملکرد نمونه اولیه، تولید تعداد دلخواه از این حامل‌ها آغاز می‌گردد. (‏ شکل۱-۶)

روند طراحی حامل فضایی
در پیوست نیز جهت آشنایی، لیست موشک‌های حامل فعال یا درحال توسعه دنیا به همراه جزئیاتشان در جدول پ۱ و مشخصات حامل­های فضایی جمهوری اسلامی ایران در جدول پ۲ آورده شده است.
جمع­بندی
با توجه به توضیحاتی که در این فصل آورده شد، در این پایان نامه به دنبال طراحی یک حامل با پیشران مایع و در کلاس متوسط هستیم. محدوده کاربردی حامل برای پرتاب محموله بدون سرنشین به مدار نزدیک به زمین می باشد. حامل از نوع حامل های یک بار مصرف خواهد بود و دومرحله ای می باشد. ساختار حامل مدنظر سری هست و نوع طراحی نیز طراحی جدید می باشد. سطح طراحی نیز در فاز طراحی مفهومی خواهد بود.
فصل دوم
مبانی و مفاهیم
طراحی بهینه چند موضوعی
مقدمه
برای طراحی سیستم‌های بزرگ و پیچیده مانند حامل‌های فضایی، نیاز داریم تا بین اهدافی که مدنظر داریم تعادل ایجاد کنیم. زیرا گاهی برخی اهداف با اهداف دیگر در تعارض هستند و تلاش برای ارضای یک هدف ممکن است به فاصله گرفتن از اهداف دیگر بینجامد. این اهداف می‌توانند بهبود عملکرد، افزایش قابلیت اطمینان، ساده‌سازی طرح و یا کاهش هزینه‌ها باشند.
طراحی مفهومی یک حامل فضایی، پیکربندی و خلاصه‌ای از وضعیت کلی حامل را ارائه می‌دهد. معمولاً این طراحی در جهت رسیدن به عملکرد مناسب (یا به تعبیری کاهش وزن حامل) برای ارضاء شرایط یک مأموریت تعریف‌شده خواهد بود. پیکربندی را می‌توان شامل موارد زیر دانست:
مشخص کردن تعداد بلوک و مراحل ماهواره‌بر
انتخاب نوع فناوری
توزیع جرمی و بیان جزئیات جرم‌ها
پیش‌بینی عملکرد حامل
نوع سناریوی عملیاتی
تخمین هزینه‌ها
اما طراحی مفهومی مشکلات و نواقصی نیز دارد که آن‌ ها را می‌توان این‌گونه برشمرد:
طراحی مفهومی، سیستم را در سطح پایینی توصیف می‌کند.
ارتباط بین اهداف طراحی و پارامترهای طراحی مفهومی معمولاً به‌خوبی مدل نمی‌شوند.
فلذا این نتایج گاهی در طراحی ناکارآمد خواهند بود. برای بهبود دادن به این نتایج در طول فاز طراحی مفهومی حداقل دو نکته باید در نظر گرفته شود:
بهبود آنالیز موضوعی و مدل کردن طرح با درجه اعتبار کافی
ارتقای روش‌های ایجاد هماهنگی بین آنالیز موضوعی و بهینه‌سازی کلی حامل فضایی
هدف دوم به کمک روش طراحی بهینه چند موضوعی^[۲۳] در فاز طراحی مفهومی قابل دست‌یابی خواهد بود. رابطه متقابل و پیچیده‌ای بین آنچه می‌خواهیم به آن برسیم و همچنین قیود و محدودیت‌هایی که داریم، شکل مسیر پروازی، پیشرانش، وزن‌ زیرسیستم‌ها و نیروها با ناسازگاری‌هایی که هدف را تحت تأثیر قرار می‌دهند وجود دارد. البته این ناسازگاری‌ها به کمک یک برنامه بهینه‌سازی مناسب قابل اصلاح خواهند بود. طراحی بهینه چند موضوعی میان موضوعات مختلف طراحی، هماهنگی لازم را برای رسیدن به طرح مناسبی در طول فاز طراحی مفهومی ایجاد می‌کند.
این روش به مهندس سیستم اجازه می‌دهد تا در بازه وسیعی از فضای موجود و البته به‌صورت هوشمند، به بررسی شرایط بپردازد و تعداد زیادی از حالات ممکن طراحی را در فاز طراحی مفهومی و قبل از نهایی شدن طرح برتر، مورد ارزیابی قرار دهد. در ادامه تعدادی از روش‌های طراحی بهینه چند موضوعی با محوریت طراحی حامل فضایی آورده شده‌اند.
لزوم استفاده از طراحی بهینه چند موضوعی
سیستم‌های پیچیده‌ای مثل حامل‌های فضایی که شامل تعداد بسیار زیادی قطعه هستند، از زیرسیستم‌های مختلفی ساخته‌شده‌اند. همان‌طور که پیش‌تر نیز به آن اشاره شد، هر زیرسیستم توسط مهندسین متخصص و مرتبط با همان زیرسیستم طراحی می‌گردد. به همین دلیل معمولاً هر زیرسیستم به‌طور مستقل طراحی گردیده و هدف مدنظر طراحان این بخش‌ها، دستیابی به طرحی برای تحقق اهداف ابلاغی فارغ از تأثیر آن بر سایر زیرسیستم‌ها می‌باشد. برای مثال در طراحی یک هواپیما، متخصصان بخش‌های مختلف از نگاه خود، زیرسیستم‌های مربوطه را مطابق ‏ شکل۲-۱ طراحی می‌کنند. نتیجه این خواهد بود که غالب زیرسیستم‌ها با یکدیگر همخوانی نداشته و در تعارض خواهند بود. برای نمونه ملاحظه می‌شود که طرح زیرسیستم سازه، به‌هیچ‌عنوان با طرح زیرسیستم آیرودینامیک تطابق ندارد.
بنابراین حضور مهندسین سیستم و طرحی که بین این ساختارها تعادل ایجاد کند به‌خوبی احساس می‌گردد. مهندس سیستم این تعادل را به‌خوبی برقرار می‌سازد؛ به این نحو که با در نظر گرفتن الزامات طراحی هر زیرسیستم و بررسی حالات مختلف طراحی در یک فضای گسترده طراحی، می‌تواند بهینه‌ترین طرح را ارائه کند. طرح بهینه مجموعه متعادلی از ابعاد و ویژگی‌های مختص هر زیرسیستم خواهد بود.
طراحی هواپیما از نگاه متخصصان زیرسیستم ها [۱۶]
طراح سیستم برای رسیدن به طرح متعادل و بهینه، باید ضمن تسلط بر موضوعات مختلف طراحی، ارتباط آن‌ ها را با یکدیگر در نظر گرفته و طرح ایده آل را استخراج نماید. ‏ شکل۲-۲ قسمتی از ارتباط بین موضوعات طراحی را نشان می‌دهد. موضوعات مختلفی می‌توانند مدنظر طراحان قرار گیرند. معمولاً به جهت پیچیدگی‌های کار، چند موضوع مهم انتخاب گردیده و تمرکز طراحی بر روی این موضوعات خواهد بود. ازجمله این موضوعات می‌توان به ابعاد و وزن، پیشرانش، آیرودینامیک و یا دینامیک پرواز اشاره کرد. ‏ شکل۲-۲ به‌خوبی قسمتی از نحوه تبادل اطلاعات بین موضوعات و ارتباط آن‌ ها را نشان می‌دهد.
طراحی بهینه چند موضوعی روشی است که می‌تواند این موضوعات را همزمان در نظر گرفته و ضمن توجه به تأثیراتشان بر یکدیگر، طرح بهینه را ارائه کند.
تداخل موضوعات دخیل در طراحی [۱۷]
طراحی بهینه چند موضوعی شامل روش‌های مختلفی می‌شود. اما وجه مشترک این روش‌ها استفاده از بهینه‌ساز است. در بعضی روش‌ها یک بهینه‌ساز وجود دارد که به این روش‌ها، روش‌های تک سطحی گفته می‌شود. در برخی دیگر نیز چند بهینه‌ساز وجود دارد که به آن‌ ها روش‌های چند سطحی اطلاق می‌گردد. انتخاب روش حل و انتخاب روش بهینه‌سازی باید بر اساس اصول و منطق باشد زیرا در غیر این صورت با توجه به حجم بالای محاسبات ممکن است فرایند طراحی بسیار زمان‌بر شده و منجر به تحمیل هزینه زیادی گردد. همچنین احتمال عدم همگرایی فرایند حل وجود داشته و ممکن است به جواب نرسیم.
در ‏ شکل۲-۳ یک نمونه از منطق تصمیم‌گیری برای انتخاب روش حل و روش بهینه‌سازی پیشنهاد گردیده است. برای مثال اگر نیاز به سیستمی داریم که اغتشاشات تأثیر زیادی روی عملکرد آن نداشته باشند باید از روش طراحی مقاوم استفاده نماییم. یا اگر تابع هدف دارای تعداد زیادی کمینه محلی باشد استفاده از الگوریتم ژنتیک برای اجرای فرایند بهینه‌سازی توصیه می‌گردد.
منطق تصمیم گیری برای انتخاب روش های بهینه سازی چند موضوعی [۱۸]
انواع روش های طراحی بهینه چند موضوعی