Predictive autonomous orbit control : integration of mixed in-track cross-track station-keeping manoeuvres

Station-keeping operations are essential for a satellite mission. They enable the maintenance of a satellite on a reference orbit, hiding the effects of perturbing non-Keplerian forces. Making the orbit control autonomous would reduce the ground-based workload, with great advantages in terms of operational costs. Anyway, it raises the issue of the collision risks management process. The Centre National d'Etudes Spatial (CNES) is developing AOC (Autonomous orbit control), an autonomous orbit controller and is studying an algorithmic method to make it predictable. The upcoming manoeuvres are computed in advance, allowing to establish a future action plan that makes possible to estimate the impact risk probability. Two kinds of manoeuvres can be executed at time: one to perform an in-track station keeping; the other one to perform a cross-track station keeping. The thesis work is about the introduction of a third kind of manoeuvre, a mixed manoeuvre, allowing to handle both the in-track and the cross-track station keeping contemporary. Moreover, a further study, concerning the orbit inclination drift under the perturbations effects, has been started: its objective is to improve this parameter estimation, which is important for the manoeuvres determination.

Le operazioni di station-keeping sono essenziale per le missioni spaziali: esse permettono di mantenere un satellite lungo l’orbita di riferimento, contrastando gli effetti delle perturbazioni dovute all’azione di forze non kepleriane. Renderle autonome, gestite a bordo direttamente dal satellite, sarebbe estremamente avvantaggioso in termini di costi. Tuttavia, un controllo autonomo di questo tipo comporta una problematica relativa alla gestione del rischio di collisione. Il Centre National d'Etudes Spatial(CNES), sta sviluppando AOC (Autonomous orbit control), un controllore d’orbita autonomo, e sta studiando un metodo algoritmico per renderlo prevedibile. Il futuro piano di manovra viene calcolato e stabilito anticipatamente cosicché sia possibile stimare la probabilità di collisione. Due tipi di manovra possono essere eseguiti a seconda della necessità: uno per effettuare un in-track station-keeping; l’altro per eseguire un cross-track station-keeping. Il lavoro di tesi eseguito riguarda l’introduzione di un terzo tipo di manovra, una manovra mista, che permetta di effettuare contemporaneamente un in-track e un cross-track station-keeping. Inoltre, un ulteriore studio è stato avviato con lo scopo di stimare le variazioni che subisce l’inclinazione orbitale sotto gli effetti delle perturbazioni, avendo queste un impatto sul calcolo delle manovre.