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Relative Navigation of Multiple Spacecraft during Proximity Maneuvers

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13 Formations a re g roups of spacecrafts which are d ynamically coupled through a control la w. The motion of one s pacecraft c an gi ve relative s tate i nformation a bout a t least one other spacecraft. Formation flight control of multiple small spacecraft is the task of maintaining the spatial formation, via control of the motion of the individual spacecraft in or der to maintain t he o verall f ormation shape. The control law typically uses t he position a nd velocity of one spacecraft t o command another s pacecraft. The l ead spacecraft moves a long a c ommanded p ath and t he f ollowing spacecraft(s) maintain a relative position, attitude, and velocity w ith respect to the leader. This i s a c ommon concept in leader/follower tracking schemes, where the relative motion is like a flock of geese i n f light. Collisions a re generally a voided t hrough s trict c ontrol of t he f ollowing spacecraft's motion. For spacecraft formation control a virtual structure control approach is c ommonly u sed. In s pacecraft o rbital terms, t he lead spacecraft i s r eferred to as t he “Target” and the t racking spacecraft i s called the “Chaser.” The ta rget motion may be represented by an i maginary spacecraft. The idea of a n i maginary target leads better understanding of a swarm/cluster. A swarm/cluster is a group of spacecrafts that move in concert with one another, but without strict control of relative positions, attitudes, or velocities. In the idea of a bee swarm, an outside observer can see the relatively smooth motion of an entire swarm but can not determine the s pecific r elationship be tween a ny two spacecrafts. Think of the center of the swarm as an imaginary target and a ll of the spacecrafts a s Chasers which only stay w ithin a s pecific r ange. A t ight s warm w ould be r epresented b y a s mall acceptable d istance bet ween the Target a nd Chasers. However, the s pecific pos ition, attitude, and velocity of e ach Chaser s pacecraft a re not c entrally c ontrolled. Each spacecraft autonomously manages its own motion and is only influence by its range from the target and the need not to collide with other spacecrafts. The de sire i s to of fer a control a lgorithm which br idges the g ap be tween s ingle cost op timal fuel t rajectory tracking o f r igid formation and t he emergent be havior of swarms. U sing A PF ba sed c ontrol, a llows for i ncorporation o f c ollision a voidance directly into the close proximity control algorithm. The goal position of each spacecraft is explicit and the gener al spacecraft path will be in the p redictable d irection of t he goa l.
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Relative Navigation of Multiple Spacecraft during Proximity Maneuvers

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Informazioni tesi

  Autore: Veronica Pellegrini
  Tipo: Tesi di Master
Master in Ingegneria Aerospaziale ed Astronautica
Anno: 2010
Docente/Relatore: Fabio Curti
Istituito da: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Lingua: Inglese
  Num. pagine: 200

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guide, navigation and control
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aerospace engineering
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