Optimisation des manoeuvres impulsionnelles pour le calcul de trajectoires heliocentriques et la mise a poste planetaire

Optimization of impulsive thrusts for the calculation of heliocentric trajectories and planetary station acquisition

• Auteur / Autrice : THIERRY CEOLIN
• Direction : Jean-Marie Garcia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Résumé

Le domaine spatial est un large champ d'application pour les techniques d'optimisation. En effet, la masse que l'on doit extraire de l'attraction gravitationnelle terrestre est le probleme crucial de toute mission spatiale. La recherche de la trajectoire optimale, generalement au sens de la minimisation de la consommation en ergols, est donc une etape obligatoire dans la phase de l'analyse de mission. Les travaux realises dans cette these concernent l'optimisation de trajectoires interplanetaires en mode de poussees impulsionnelles par des methodes directes. Ces methodes ne necessitent pas le calcul analytique du gradient. Elles presentent le grand avantage d'etre robustes face aux irregularites et singularites des fonctions cout et des contraintes. La dynamique de notre systeme est non-lineaire et les contraintes a prendre en compte sont de nature differentes. La methode de resolution que nous avons elabore utilise les algorithmes de hooke & jeeves et du simplexe non-lineaire avec un traitement des contraintes par des fonctions de penalites exactes. Le modele que nous avons developpe est tres general et permet ainsi de traiter un large eventail de missions interplanetaires. L'initialisation des manuvres intermediaires a ete envisagee de differentes manieres. Nous avons valide notre approche sur les trajectoires des missions cassini, rosetta et fire. La robustesse de differentes methodes directes a ete etudiee et il s'avere que les algorithmes d'optimisation de type simplexes non-lineaires sont particulierement bien adaptes a ce type de probleme. Nous nous sommes ensuite interesses au probleme de l'optimisation de la mise a poste autour d'une planete. Il s'agit de determiner les parametres reperant les poussees a effectuer pour rejoindre une orbite scientifique fixee. Nous avons travaille sur la mise a poste sur mars (projet vap). La strategie initiale qui etait proposee ne permettant pas d'atteindre tous les objectifs, nous avons developpe de nouvelles strategies.