Dynamic attitude planning and control for autonomus rendezvous of thrust-vectored spacecraft

This thesis proposes the use of a dynamic attitude planner coupled with a trajectory generation process to perform a rendezvous maneuver for small under-actuated spacecraft in a generic elliptical orbit. In recent years CubeSats have offered access to space at lower costs respect to conventional spacecraft. With this new technology a number of new space applications is arisen. This evolution calls for the development of fully automated and cheap spacecraft capable of performing autonomously and with precision a wide range of maneuvers. The spacecraft is been modeled for this reason with only five electric thruster, one for the orbital motion and four for the attitude control. With the guidance law developed in this thesis, that makes use of a global stable tracking controller and a optimized generated trajectory, it was possible to perform with precision a rendezvous maneuver of a small CubeSat with a second object making use of just one thruster for the transitional control. In this thesis also an algorithm for optimal thrust allocation is used to obtain the needed torque acting on the CubeSat to perform the desired motion.

Questa tesi propone l’uso di un programmatore dinamico per l’assetto accoppiato con un processo di generazione di traiettoria per compiere manovre di rendezvous utilizzando un piccolo satellite sottoattuato posto in una generica orbita ellittica. In anni recenti i CubeSat hanno offerto accesso allo spazio a costi molto inferiori rispetto ai satelliti tradizionali. Con questa nuova tecnologiaunnumerodinuoveapplicazionispazialièsorto. Questaevoluzioneha richiesto lo sviluppo di satelliti economici, completamente automatizzati capacidicompiereautonomamenteeconprecisioneungrannumerodimanovre. Per questa ragione il satellite è stato modellizzato con solo cinque propulsori elettrici, uno per il controllo orbitale e quattro per il controllo dell’assetto. Con la guida sviluppata in questa tesi, che utilizza un sistema di puntamento globalmente stabile e di una traiettoria ottimizzata, è stato possibile far compiere a un piccolo Cubesat precisamente manovre di rendezvous con un altro oggetto usando solo un propulsore per il controllo transizionale. In questa tesi è stato anche sviluppato un algoritmo per l’allocazione della propulsione in modo da ottenere i momenti necessari sul CubeSat per produrre il moto desiderato.