Raumschiff Dynamics Capstone: Mars Mission

Beschreibung

Das Ziel dieses Projekts zur Dynamik von Schlussstein-Raumfahrzeugen ist es, die in den Kursen für Kinematik, Kinetik und Kontrolle des starren Körpers entwickelten Fähigkeiten einzusetzen. Eine aufregende Mission mit zwei Raumfahrzeugen zum Mars wird in Betracht gezogen, wenn ein primäres Mutterfahrzeug mit einem Tochterfahrzeug in einer anderen Umlaufbahn in Verbindung steht. Zu den Herausforderungen gehören das Bestimmen der Kinematik des Orbitrahmens und mehrerer gewünschter Referenzrahmen, das numerische Simulieren der Lagedynamik des Raumfahrzeugs im Orbit und das Implementieren einer Rückkopplungssteuerung, die dann verschiedene Körperrahmen des Raumfahrzeugs in eine Reihe von Missionsmodi treibt, einschließlich Sonnenlicht für Leistung Generation, Nadir zeigt auf Wissenschaftssammlung, Mutter Raumschiff zeigt auf Kommunikation und Datenübertragung. Schließlich wird eine integrierte Missionssimulation entwickelt, die diese Einstellungsmodi implementiert und die resultierende autonome Leistung im geschlossenen Regelkreis untersucht.

Die Aufgaben 1 und 2 verwenden eine dreidimensionale Kinematik, um die missionsbezogene Umlaufbahnsimulation und die zugehörigen Umlaufbahnrahmen zu erstellen. Der Einführungsschritt stellt sicher, dass der Satellit die richtige Bewegung ausführt und dass die Ausrichtung des Umlaufrahmens relativ zum Planeten ordnungsgemäß ausgewertet wird.

Die Aufgaben 3 bis 5 erstellen den erforderlichen Einstellungsreferenzrahmen für die drei Einstellungszeigemodi, die als Sonnen-, Nadir- und GVO-Zeigen bezeichnet werden. Der Referenzlagenrahmen ist eine kritische Komponente, um sicherzustellen, dass die Rückkopplungssteuerung den Satelliten in die gewünschte Ausrichtung bringt. Die verwendete Steuerung bleibt für alle drei Zeigemodi gleich, aber die Leistung ist unterschiedlich, da unterschiedliche Einstellungsreferenzrahmen verwendet werden.

Die Aufgaben 6 bis 7 erstellen Simulationsroutinen, um zuerst den Lageverfolgungsfehler zwischen einem körperfesten Rahmen und einem bestimmten Referenzrahmen des aktuellen Lagemodus zu bewerten. Als nächstes wird die Trägheitslagendynamik durch eine numerische Simulation bewertet, um die Steuerungsleistung numerisch analysieren zu können.

Die Aufgaben 8-11 simulieren die Einstellungsleistung im geschlossenen Regelkreis für die drei Einstellungsmodi. Die Aufgaben 8 bis 10 simulieren zunächst jeweils eine einzelne Fluglage, während die Aufgaben 11 eine umfassende Positionssimulation entwickeln, bei der die autonomen Umschaltmodi als Funktion des Standortes des Raumfahrzeugs relativ zum Planeten betrachtet werden.