Estrategias de Maniobra Simplificadas para el Encuentro en Órbitas Terrestres Casi Circulares
Autores: Costigliola, Davide; Casalino, Lorenzo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Estrategias de Maniobra Simplificadas para el Encuentro en Órbitas Terrestres Casi Circulares
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Control de guía autónoma
Sistemas de navegación
Naves espaciales
Encuentro
Operaciones de proximidad
Controles impulsivos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
El desarrollo de sistemas de control de guía y navegación autónomos para naves espaciales beneficiaría enormemente aplicaciones como la eliminación de desechos o el servicio en órbita, donde la intervención humana no es práctica. En este contexto, inspirado en la demostración de Navegación y Identificación de Objetivos con Enfoque de Visión Autónoma (AVANTI), este trabajo presenta nuevos algoritmos de guía para misiones de operaciones de encuentro y proximidad. Se adoptan leyes analíticas y se prefieren sobre métodos numéricos, y se eligen elementos orbitales relativos medios como variables de estado. Se buscan tiempos, magnitudes y direcciones de controles impulsivos para minimizar el consumo de propulsante para la reconfiguración planar del movimiento relativo entre una nave espacial objetivo pasiva y una cazadora activa. Además, se introducen algoritmos simples y efectivos para evaluar el beneficio de combinar maniobras en el plano y fuera del plano para abordar problemas en 3D. Las nuevas estrategias propuestas se centran en maniobras con un cambio dominante en la longitud media relativa (raramente abordado en la literatura), pero también pueden manejar transferencias donde otros elementos orbitales relativos exhiben las variaciones más significativas. Un análisis paramétrico integral compara las nuevas estrategias propuestas con las empleadas en AVANTI y con el óptimo global, encontrado numéricamente para cada caso de prueba. Los resultados son similares a las soluciones de AVANTI cuando las variaciones del vector de excentricidad relativa dominan. En cambio, en escenarios que requieren cambios predominantes en la longitud media relativa, el V requerido exhibe una reducción del 49.88% (en promedio) en comparación con los métodos originales. En todos los casos de prueba, las soluciones propuestas están dentro del 3.5% del óptimo global en términos de V. La precisión práctica de los algoritmos de guía presentados también se prueba con la integración numérica de las ecuaciones de movimiento con perturbación J2.
Descripción
El desarrollo de sistemas de control de guía y navegación autónomos para naves espaciales beneficiaría enormemente aplicaciones como la eliminación de desechos o el servicio en órbita, donde la intervención humana no es práctica. En este contexto, inspirado en la demostración de Navegación y Identificación de Objetivos con Enfoque de Visión Autónoma (AVANTI), este trabajo presenta nuevos algoritmos de guía para misiones de operaciones de encuentro y proximidad. Se adoptan leyes analíticas y se prefieren sobre métodos numéricos, y se eligen elementos orbitales relativos medios como variables de estado. Se buscan tiempos, magnitudes y direcciones de controles impulsivos para minimizar el consumo de propulsante para la reconfiguración planar del movimiento relativo entre una nave espacial objetivo pasiva y una cazadora activa. Además, se introducen algoritmos simples y efectivos para evaluar el beneficio de combinar maniobras en el plano y fuera del plano para abordar problemas en 3D. Las nuevas estrategias propuestas se centran en maniobras con un cambio dominante en la longitud media relativa (raramente abordado en la literatura), pero también pueden manejar transferencias donde otros elementos orbitales relativos exhiben las variaciones más significativas. Un análisis paramétrico integral compara las nuevas estrategias propuestas con las empleadas en AVANTI y con el óptimo global, encontrado numéricamente para cada caso de prueba. Los resultados son similares a las soluciones de AVANTI cuando las variaciones del vector de excentricidad relativa dominan. En cambio, en escenarios que requieren cambios predominantes en la longitud media relativa, el V requerido exhibe una reducción del 49.88% (en promedio) en comparación con los métodos originales. En todos los casos de prueba, las soluciones propuestas están dentro del 3.5% del óptimo global en términos de V. La precisión práctica de los algoritmos de guía presentados también se prueba con la integración numérica de las ecuaciones de movimiento con perturbación J2.