JP2022548338A - 準衛星軌道 - Google Patents
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Abstract
Description
フォボスの周りを回る準衛星軌道
軌道決定
ステーションキーピング
式中、δxk=x(tk)-x0(tk)は、六次元の実際の状態であり、x0(tk)は、離散化時間ステップにおいて測定された基準状態であり、tkおよびΔvkは、推進作戦の三次元ベクトルであり、すなわち瞬間速度は、tkで変化する。軌道を維持するために、以下のように、ミッション期間[t0,tN]にわたってコスト関数を最小化する。
このLQR問題に対する解は、以下のように示される。
式中、Kkは、以下を満たす時間依存性のゲイン行列である。
Pkは、以下のように離散型代数リカッチ方程式を満たす。
以下のように、期間T1|kにわたって制御を設定することによって求められる。
式中、ri|kおよびvi|kは、それぞれ、時刻tkにおいて計算的に求められた時刻tk+1における位置および速度状態であり、同様に、Δvi|kは、時刻tkにおいて計算的に求められたΔvk+iの値であり、α,ζi,Wγ,Wνは、重み付け定数であり、CN|kは、時刻tkにおいて計算的に求められた計画対象期間の終わりにおけるヤコビ定数である。
実験
近傍ステーションキーピング
式中、Cref(t)は、オフラインで求められ、Cdからのその偏差が図10に示されている。
特徴
定義
軌道長半径a
離心率e
傾斜角i
近点引数ω
近点通過時間T
昇交点黄経
実施形態
Claims (20)
- 乗り物の軌道追跡制御のために前記乗り物の推進システムの少なくとも1つのスラスタを作動させるためのシステムであって、
格納データを有するメモリを備え、前記データは、実行可能なモジュールと、乗り物データと、過去の宇宙データとを含み、前記システムはさらに、
宇宙データを受信する入力インターフェイスと、
プロセッサとを備え、前記プロセッサは、初期軌道からターゲット軌道への前記乗り物の遷移軌道を生成するように遷移軌道生成部を動作させ、フィードバック安定化コントローラを動作させ、
前記プロセッサは、
前記天体の周りを回る前記乗り物の前記ターゲット軌道を計算し、
各パッチポイントが位置および速度を含むように、自由軌道モジュールを使用して、パッチポイントを有する自由軌道を計算し、前記パッチポイントは、前記自由軌道に沿っており、前記プロセッサはさらに、
前記自由軌道の各パッチポイントにおける状態ペナルティ関数が、前記同一のパッチポイントにおける状態不確実性関数に一致するように設定されるように、フィードバックゲインモジュールを使用して、前記自由軌道に沿った各パッチポイントにおけるフィードバックゲインを求め、
フィードバック安定化コントローラを使用して前記ターゲット軌道を維持するために、各パッチポイントにおける前記フィードバックゲインを適用して、各パッチポイントにおける前記位置および前記速度をデルタvコマンドにマッピングし、
前記デルタvコマンドを出力して、前記乗り物の前記軌道追跡制御のために前記少なくとも1つのスラスタを作動させる、システム。 - 前記スラスタコマンドモジュール1210は、前記デルタvコマンド1201を受信し、前記デルタvコマンド1201をスラスタコマンドに変換し、これにより、前記スラスタコマンドモジュールは、前記スラスタコマンドを前記少なくとも1つのスラスタのスラスタプロセッサに送信して、前記変換されたデルタvコマンドに従って前記乗り物の軌道追跡制御のために前記少なくとも1つのスラスタを作動させる、請求項1に記載のシステム。
- 前記自由軌道モジュールは、前記自由軌道に沿った各パッチポイントにおける前記フィードバックゲインを使用して、対応するフィードバック制御法則を取得し、これにより、前記自由軌道モジュールは、予め定められた閾値を上回る支配的外乱源を判断するための支配的外乱源モジュールを使用して、前記自由軌道の計算を支援する、請求項1に記載のシステム。
- 前記自由軌道の各パッチポイントにおける前記状態ペナルティ関数は、前記自由軌道に沿った前のパッチポイントまたは次のパッチポイントにおける状態不確実性関数に一致するように設定され、これにより、前記パッチポイントは、前記自由軌道に沿ったシーケンシャルなパッチポイントになる、請求項1に記載のシステム。
- 前記第1の天体は、火星-フォボス系内に位置する火星の衛星であり、前記初期軌道は、前記受信された宇宙データまたは前記過去の宇宙データから得られ、前記初期軌道は初期フォボス軌道であり、前記ターゲット軌道はターゲットフォボス軌道であり、前記火星-フォボス系内で前記初期フォボス軌道は前記ターゲットフォボス軌道に類似している、請求項1に記載のシステム。
- 前記ターゲット軌道は、円制限三体問題を使用した解に基づく、請求項1に記載のシステム。
- 前記ターゲット軌道の前記識別は、
x-y平面においてフォボスに対して見た場合に時計回り方向に移動する軌道を有するサイズ100km×200km×60kmの準衛星軌道(QSO)を求めることと、
x-y平面においてフォボスに対して100km×200kmのおよその寸法を有する一群の遠方逆行軌道(DRO)を生成することと、
前記DROの各DROを時間的にシーケンシャルに重ね合わせることとに基づき、フォボスの周りを回る前記乗り物の各公転は、4つのパッチポイントに離散化され、前記ターゲット軌道の前記識別はさらに、
第1のパッチポイントのz座標が固定されるという追加制約がある状態で多重シューティング連続モジュールを実行して、連続的な自由軌道を生じさせて、初期ターゲット軌道を取得することと、
前記多重シューティング連続モジュールを前記初期ターゲット軌道で更新することにより、前記更新された多重シューティング連続モジュールが前記多重シューティング連続モジュールからのターゲットz振幅よりも高いターゲットz振幅を含むことと、
前記第1のパッチポイントのz座標が所望の60kmに等しくなるまで前記多重シューティング連続モジュールを反復的に更新し、次いで前記反復を停止して、前記ターゲット軌道を取得することとに基づく、請求項1に記載のシステム。 - 前記支配的外乱源モジュールは、
少なくともフォボスの周りを回る公転中に前記乗り物に対して作用する外乱力の最大量を測定することによって、または、
ベースラインダイナミクスを受ける前記乗り物の軌道および各外乱力を別々にシミュレーションし、
各外乱について、前記ベースラインダイナミクスに従って計算された名目フォボス軌道からの最大偏差を比較することによって、
前記支配的外乱源を判断する、請求項1に記載のシステム。 - 前記最適制御モジュールは、線形二次レギュレータ問題である、請求項1に記載のシステム。
- 前記予め定められた閾値は、前記システムにおける予測不可能な不確実性によって引き起こされる力を下回り、前記システムにおける前記予測不可能な不確実性は、正規分布である統計モデルを使用して統計学的にモデル化される、請求項1に記載のシステム。
- 前記予め定められた閾値は、ディープスペースネットワークにおける測定誤差および前記ディープスペースネットワークからの前記乗り物の距離から得られ、前記予め定められた閾値は、前記フィードバック制御法則を使用して検証される、請求項1に記載のシステム。
- 前記状態ペナルティ関数は、状態ペナルティ行列を含む二次関数であり、前記状態ペナルティ行列は、リカッチ差分方程式を時間を遡る方向に伝播させることによって求められ、前記状態不確実性関数は、前記二次関数から導き出され、前記状態不確実性関数は、状態不確実性行列を含み、前記状態不確実性行列は、閉ループシステムダイナミクスを時間の進む方向に伝播させて前記状態不確実性行列を取得し、次いで収束閾値まで前記プロセスを反復的に繰り返すことによって求められる、請求項1に記載のシステム。
- 前記収束閾値は、0.01%未満の前記フィードバック法則の変化に対応する、請求項12に記載のシステム。
- 前記フィードバックゲインモジュールは、前記状態ペナルティ行列を前記状態不確実性行列に設定し、リカッチ差分方程式を時間を遡る方向に伝播させることによって、前記フィードバックゲインを求める、請求項1に記載のシステム。
- 乗り物の軌道追跡制御のために前記乗り物の推進システムの少なくとも1つのスラスタを作動させるための方法であって、前記方法は、実行可能なモジュールと乗り物データと過去の宇宙データとを格納するメモリに接続されたプロセッサを使用し、前記プロセッサは、初期軌道からターゲット軌道への前記乗り物の遷移軌道を生成するように遷移軌道生成部を動作させ、フィードバック安定化コントローラを動作させ、前記方法は、
入力インターフェイスを介して受信された宇宙データを使用して、天体の周りを回る前記乗り物のターゲット軌道を計算するステップと、
各パッチポイントが位置および速度を含むように、自由軌道モジュールを使用して、パッチポイントを有する自由軌道を計算するステップとを備え、前記パッチポイントは、前記自由軌道に沿っており、前記方法はさらに、
前記自由軌道の各パッチポイントにおける状態ペナルティ関数が、前記同一のパッチポイントにおける状態不確実性関数に一致するように設定されるように、フィードバックゲインモジュールを使用して、前記自由軌道に沿った各パッチポイントにおけるフィードバックゲインを求めるステップと、
前記フィードバック安定化コントローラを使用して前記ターゲット軌道を維持するために、各パッチポイントにおける前記フィードバックゲインを適用して、各パッチポイントにおける前記位置および前記速度をデルタvコマンドにマッピングするステップと、
出力インターフェイスを介して前記デルタvコマンドを出力して、前記乗り物の前記軌道追跡制御のために前記少なくとも1つのスラスタを作動させるステップとを備える、方法。 - 前記自由軌道の各パッチポイントにおける前記状態ペナルティ関数は、前記自由軌道に沿った前のパッチポイントまたは次のパッチポイントにおける状態不確実性関数に一致するように設定され、これにより、前記パッチポイントは、前記自由軌道に沿ったシーケンシャルなパッチポイントになる、請求項15に記載の方法。
- 前記状態ペナルティ関数は、状態ペナルティ行列を含む二次関数であり、前記状態ペナルティ行列は、リカッチ差分方程式を時間を遡る方向に伝播させることによって求められ、前記状態不確実性関数は、前記二次関数から導き出され、前記状態不確実性関数は、状態不確実性行列を含み、前記状態不確実性行列は、閉ループシステムダイナミクスを時間の進む方向に伝播させて前記状態不確実性行列を取得し、次いで収束閾値まで前記プロセスを反復的に繰り返すことによって求められる、請求項15に記載の方法。
- 格納された命令を含む非一時的な機械読取可能媒体であって、前記命令は、処理回路によって実行されると、乗り物の軌道追跡制御のために前記乗り物の推進システムの少なくとも1つのスラスタを作動させるための動作を実行するように前記処理回路を構成し、前記方法は、実行可能なモジュールと乗り物データと過去の宇宙データとを格納するメモリに接続されたプロセッサを使用し、前記プロセッサは、初期軌道からターゲット軌道への前記乗り物の遷移軌道を生成するように遷移軌道生成部を動作させ、フィードバック安定化コントローラを動作させ、前記方法は、
入力インターフェイスを介して受信された宇宙データを使用して、天体の周りを回る前記乗り物のターゲット軌道を計算するステップと、
各パッチポイントが位置および速度を含むように、自由軌道モジュールを使用して、パッチポイントを有する自由軌道を計算するステップとを備え、前記パッチポイントは、前記自由軌道に沿っており、前記方法はさらに、
前記自由軌道の各パッチポイントにおける状態ペナルティ関数が、前記同一のパッチポイントにおける状態不確実性関数に一致するように設定されるように、フィードバックゲインモジュールを使用して、前記自由軌道に沿った各パッチポイントにおけるフィードバックゲインを求めるステップと、
前記フィードバック安定化コントローラを使用して前記ターゲット軌道を維持するために、各パッチポイントにおける前記フィードバックゲインを適用して、各パッチポイントにおける前記位置および前記速度をデルタvコマンドにマッピングするステップと、
出力インターフェイスを介して前記デルタvコマンドを出力して、前記乗り物の前記軌道追跡制御のために前記少なくとも1つのスラスタを作動させるステップとを備える、非一時的な機械読取可能媒体。 - 前記状態ペナルティ関数は、状態ペナルティ行列を含む二次関数であり、前記状態ペナルティ行列は、リカッチ差分方程式を時間を遡る方向に伝播させることによって求められ、前記状態不確実性関数は、前記二次関数から導き出され、前記状態不確実性関数は、状態不確実性行列を含み、前記状態不確実性行列は、閉ループシステムダイナミクスを時間の進む方向に伝播させて前記状態不確実性行列を取得し、次いで収束閾値まで前記プロセスを反復的に繰り返すことによって求められ、前記収束閾値は、0.01%未満の前記フィードバック法則の変化に対応する、請求項18に記載の非一時的な機械読取可能媒体。
- 前記自由軌道の各パッチポイントにおける前記状態ペナルティ関数は、前記自由軌道に沿った前のパッチポイントまたは次のパッチポイントにおける状態不確実性関数に一致するように設定され、これにより、前記パッチポイントは、前記自由軌道に沿ったシーケンシャルなパッチポイントになる、請求項18に記載の非一時的な機械読取可能媒体。
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