Diseño de Algoritmos de Guiado y Control Innovadores para Aplicaciones Avanzadas de Rendezvous: Órbitas Halo y Exploración de Asteroides

Las misiones de exploración recientes, como el aterrizaje de asteroides o la futura estación espacial cislunar, muestran que la incertidumbre está siempre presente, ya sea por las limitaciones asociadas al estado del vehículo espacial o la falta de información sobre los parámetros físicos clave. Los modelos dinámicos necesarios para predecir el comportamiento del vehículo son mucho más complejos que la simple descripción de Kepler del movimiento de los planetas alrededor del Sol. La incertidumbre y la complejidad dinámica son elementos clave a considerar al realizar el análisis de la misión. Ambos factores han sido identificados como críticos en los mapas de ruta tecnológicos de los sistemas de guiado, navegación y control (GNC) para las misiones de exploración espacial.

Este proyecto aborda algunas de estas deficiencias identificadas en la cadena de G&C y se compone de dos subproyectos, que abordan el modelado, guiado y control de misiones de rendezvous no convencionales, específicamente, en dos escenarios: misiones de rendezvous a órbitas Halo y asteroides. Los objetivos específicos del proyecto son:

1) Desarrollar modelos de baja fidelidad y alta fidelidad de entornos dinámicos complejos. Por baja fidelidad se entiende el cálculo de trayectorias en modelos simplificados como puede ser el problema de los tres cuerpos circular restringido o modelos gravitatorios simplificados en el caso de asteroides, mientras que por alta fidelidad se entiende, en el caso de las órbitas de Halo, el uso de efemérides reales de la Tierra, la Luna y el Sol para calcular la aceleración gravitacional; en los asteroides, la representación eficiente del potencial gravitatorio del cuerpo pequeño.

2) Guiado óptimo bajo incertidumbre, utilizando control óptimo estocástico para abordar un problema de control dinámico continuo sujeto a incertidumbre, en el que el control puede actuar a lo largo de toda la trayectoria. La adecuada cuantificación de la incertidumbre y selección de métodos combinando la eficiencia computacional y la optimalidad son los principales desafíos en este punto.

3) Control Predictivo basado en Modelo, donde se estudiará la aplicación de técnicas de MPC al problema de rendezvous en órbitas Halo y con asteroides, utilizando técnicas de control robusto para abordar la problemática de la incertidumbre en ambos escenarios, así como algoritmos extraidos de la literatura para obtener tiempos de cómputo factibles para el problema.

4) Tests de algoritmos de G&C en escenarios de órbitas Halo y cuerpos celestes pequeños. Esperamos probar la cadena G&C en un entorno de software-in-the-loop, utilizando el modelo dinámico de alta fidelidad, ofreciendo la posibilidad de probar un sistema G&C casi completo en su etapa final.