{pt_PT=Optimal Control algorithms for rendezvous applications} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=Esta tese foca a otimização da fase final de aproximação em manobras de rendezvous. A motivação da mesma prende-se com a urgência em desenvolver soluções para um espaço mais limpo, o que levou à abordagem de missões de remoção de detritos espaciais com recurso a manobras de captura flexível. Outras missões como serviços de manutenção orbital com recurso a satélites foram abordadas como manobras de encaixe. Começando por desenvolver um modelo com seis graus de liberdade que representa o movimento de um satélite-perseguidor em relação a um satélite-alvo fixo em órbita, uma simples parametrização de ambos é realizada com base na iniciativa Clean Space da Agência Espacial Europeia. Várias técnicas de optimização foram implementadas seguindo a abordagem indireta de algoritmos de controle ótimo, mas evitando a derivação geralmente indesejável das condições necessárias. Quanto à abordagem direta, o software DIDO foi utilizado para efeitos de comparação. Após procedimentos de verificação usando uma simples manobra de transferência entre órbitas circulares, as manobras de encaixe e captura foram formuladas na sintaxe usual dum problema de controlo óptimo e derivadas as suas condições necessárias. Ambas as manobras foram resolvidas para um funcional de custo energético, considerando uma restrição contra colisões como medida de segurança. Um outro custo foi proposto, aliando segurança à poupança de combustível. Os resultados mostram uma melhoria na precisão no estado terminal aliada a uma poupança no custo ao usar a abordagem indireta, embora com custos computacionais. O algoritmo implementado suporta outros problemas de controlo ótimo., en=This thesis concerns the optimization of the close-range stage of rendezvous processes. The urgency to develop solutions for a cleaner space motivated the addressing of removing space debris issue with a flexible capture manoeuvre, while docking manoeuvres are used to approximate on-orbit servicing procedures. Starting by developing a six degree of freedom model that represents the motion of chaser spacecraft with respect to an on-orbit fixed target, a simple parametrization of both spacecrafts is addressed by the ESA Clean Space Initiative. Several optimization techniques were added up and implemented following the indirect approach class of optimal control algorithms, but avoiding the usually undesirable derivation of the necessary conditions. Concerning the direct approach, a NASA flight-tested software, DIDO, was used for comparison issues. After verification procedures using a simple circular orbit transfer manoeuvre, the above rendezvous problems were formulated in the usual OCP syntax, its necessary conditions derived. Both manoeuvres were solved for an energy cost functional, considering a collision avoidance constraint as safety measure. A cost that allied safety to fuel saving was proposed. From the discussion of results emerged an improvement on accuracy of the terminal conditions when using the indirect approach, although with costs of high computational time. The implemented algorithm supports other well formulated optimal control problems as well.}

Discussão: novembro 3, 2017, 9:30

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

AUTOR

Gonçalo Miguel Urbano Afonso (ist175924)

ORIENTADOR

João Manuel Lage de Miranda Lemos

Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)

Professor Catedrático