Let formací družic: optimální a kooperativní metody řízení

Abstract

Let formací družic představuje nový obor kosmického inženýrství založený na spolupráci satelitů za účelem dosažení společného cíle. Uskupení menších, méně složitých satelitů může vyrovnat nebo dokonce překonat výkon mnohem větších, složitějších orbitálních systémů. Důsledná analýza orbitální mechaniky poslouží jako základ pro návrh dvou řídících systémů. Cílem této práce je oba přístupy systematicky popsat a mezi sebou porovnat. První regulátor využívá metody optimálního řízení v otevřené smyčce k dosažení cílového stavu při minimalizaci spotřeby paliva. Druhý návrh vychází z kooperativních metod řízení multiagentních systémů a poskytuje tak formaci robustní a flexibilní řídící systém. Na základě simulací se určí vhodnost obou regulátorů pro různé reálné aplikace.

Satellite formations are a novel concept based on cooperation of multiple satellites to achieve a common goal, which is difficult or even impossible for any single satellite to achieve. Thus, a number of smaller, less complex satellites can emulate, or even surpass, the performance of much larger, more complex orbital installations. As a foundation for subsequent control design tasks, a rigorous analysis of orbital dynamics is presented, serving to describe orbit trajectories in a restricted three-body problem with the additional perturbations due to oblateness of the main body included. The goal of the proposed thesis is to develop and compare two approaches to satellite formation control. The first uses open-loop optimal control methods to achieve its goal while minimizing the fuel expended during the manoeuvre. The other merges satellite formations with cooperative control methods, and thus provides robust, flexible control designs. The suitability of both controllers to various real-world applications is discussed and demonstrated in simulations.