On the trajectory design, guidance and control for spacecraft rendezvous and proximity operations

par Georgia Iuliana Deaconu

Thèse de doctorat en Automatique

Sous la direction de Christophe Louembet et de Alain Théron.

Soutenue en 2013

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Le succès des missions spatiales repose de plus en plus souvent sur la coopération entre différents engins spatiaux. Le rendez-vous en orbite est une pratique aussi ancienne que la conquête spatiale et qui a généré de nombreux travaux depuis les années 50. Cependant, les motivations et objectifs des récentes missions de rendez-vous orbital ont largement évolués. En effet, les besoins d'une autonomie accrue, d'une plus grande flexibilité et de réduction du coût sont une incitation forte au développement de nouvelles méthodes de guidage et contrôle. Ainsi, la sécurité de chaque mission impose des restrictions sur les trajectoires de rendez-vous. En même temps, les technologies embarquées impliquent la prise en compte des limitations des actionneurs et des imperfection des capteurs. Ce contexte nouveau génère des défis scientifiques que les algorithmes développés dans cette thèse tente de relever. Les travaux de cette thèse sont basées sur l'analyse structurelle des expressions décrivant le mouvement relatif entre deux véhicules en orbite. Une nouvelle paramétrisation du mouvement relatif est déduite de cette analyse. Elle permet de caractériser les trajectoires relatives qui respectent un ensemble de contraintes. En utilisant ce résultat, un lien formel est développé entre les paramètres définissant des trajectoires relatives inscrites dans un polyèdre et le cône des matrices semi définies positives. Ce lien est ensuite exploité dans des algorithmes de design de trajectoires pour des opérations de proximité, sous hypothèse de poussée impulsionnelle. Ces algorithmes ont, entre autre, la propriété de permettre la satisfaction des contraintes sur la trajectoire de manière continue dans le temps, tout en utilisant les outils numériques de la programmation convexe. Le problème spécifique de la robustesse des manœuvres aux incertitudes de la chaîne de mesure est aussi abordé dans ce manuscrit. Des approches de type commande prédictive sont mises en place afin de garantir aux opérations une précision souhaitée en présence de perturbations.

  • Titre traduit

    Génération de trajectoires, guidage et commande pour le rendez-vous orbital et les opérations de proximité


  • Résumé

    Recent space missions rely more and more on the cooperation between different spacecraft in order to achieve a desired objective. Among the spacecraft proximity operations, the orbital rendezvous is a classical example that has generated a large amount of studies since the beginning of the space exploration. However, the motivations and objectives for the proximity operations have considerably changed. The need for higher autonomy, better security and lower costs prompts for the development of new guidance and control algorithms. The presence of different types of constraints and physical limitations also contributes to the increased complexity of the problem. In this challenging context, this dissertation represents a contribution to the development of new spacecraft guidance and control algorithms. The works presented in this dissertation are based on a structural analysis of the spacecraft relative dynamics. Using a simplified model, a new set of parametric expressions is developed for the relative motion. This parametrization is very well suited for the analysis of the geometric properties of periodic relative trajectories and for handling different types of state constraints. A formal connection is evidenced between the set of parameters that define constrained trajectories and the cone of positive semi-definite matrices. This result is exploited in the design of spacecraft relative trajectories for proximity operations, in the impulsive control framework. The resulting guidance algorithms enable the guaranteed continuous constraints satisfaction, while still relying on semi-definite programming tools. The problem of the robustness of the computed maneuvers with respect to navigation uncertainties is also addressed.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (151 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 144-151

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2013 TOU3 0170
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.