Trayectoria de Formación de Satélites en Órbita Óptima en Combustible con Perturbación Usando Redes Neuronales de Pontryagin
Autores: Choi, Morgan; Lee, Seonho
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Trayectoria de Formación de Satélites en Órbita Óptima en Combustible con Perturbación Usando Redes Neuronales de Pontryagin
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Vuelo en formación de satélites
Trayectorias óptimas en combustible
Oblaticidad de la Tierra
Problema de dos cuerpos
Redes Neuronales de Pontryagin
Control óptimo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 30
Citaciones: Sin citaciones
La formación de satélites enfrenta desafíos significativos para mantener sus configuraciones deseadas debido a diversas perturbaciones orbitales, particularmente en entornos de órbita baja terrestre. Este artículo presenta un enfoque novedoso para generar trayectorias de referencia óptimas en combustible para formaciones de satélites en pista, incorporando tanto la oblaticidad de la Tierra (perturbación) como la no linealidad inherente del problema de dos cuerpos. El problema de control óptimo indirecto resultante se resuelve utilizando Redes Neuronales de Pontryagin (PoNNs). El método propuesto transforma el problema convencional de valor en la frontera de dos puntos en un problema de programación matemática, lo que permite el cálculo eficiente de trayectorias óptimas. La efectividad de nuestro enfoque se valida a través de extensas simulaciones numéricas en diferentes inclinaciones del satélite principal (0-90 grados) y distancias de separación cruzada (1-400 km), demostrando reducciones significativas en el consumo anual de combustible en comparación con enfoques convencionales. La viabilidad de estas trayectorias óptimas se verifica mediante simulaciones en bucle cerrado utilizando un controlador PD, confirmando su aplicabilidad práctica en escenarios de misión realistas. Esta investigación contribuye a mejorar la sostenibilidad a largo plazo de las misiones de vuelo en formación de satélites al optimizar la eficiencia del combustible mientras se mantienen formaciones precisas.
Descripción
La formación de satélites enfrenta desafíos significativos para mantener sus configuraciones deseadas debido a diversas perturbaciones orbitales, particularmente en entornos de órbita baja terrestre. Este artículo presenta un enfoque novedoso para generar trayectorias de referencia óptimas en combustible para formaciones de satélites en pista, incorporando tanto la oblaticidad de la Tierra (perturbación) como la no linealidad inherente del problema de dos cuerpos. El problema de control óptimo indirecto resultante se resuelve utilizando Redes Neuronales de Pontryagin (PoNNs). El método propuesto transforma el problema convencional de valor en la frontera de dos puntos en un problema de programación matemática, lo que permite el cálculo eficiente de trayectorias óptimas. La efectividad de nuestro enfoque se valida a través de extensas simulaciones numéricas en diferentes inclinaciones del satélite principal (0-90 grados) y distancias de separación cruzada (1-400 km), demostrando reducciones significativas en el consumo anual de combustible en comparación con enfoques convencionales. La viabilidad de estas trayectorias óptimas se verifica mediante simulaciones en bucle cerrado utilizando un controlador PD, confirmando su aplicabilidad práctica en escenarios de misión realistas. Esta investigación contribuye a mejorar la sostenibilidad a largo plazo de las misiones de vuelo en formación de satélites al optimizar la eficiencia del combustible mientras se mantienen formaciones precisas.