Low-thrust relative motion guidance for tracking points on uncooperative objects

This thesis studies the feasibility of using low-thrust propulsion to hover above a region of a large rotating uncontrolled body. This hovering position can then enable observation of this specific region or methods for its capture. In particular two orbits were designed; a circular periodic relative orbit that is synchronized with the tumbling rate of the target and an elliptic relative orbit that can be tailored to reduce the cost of station-keeping. Simulations of the control of the spacecraft tracking these reference orbits are undertaken to track regions of Envisat with a tumbling rate of around 1.6deg/s. A performance trade-off between different controls are undertaken with the control designed using state-dependent Riccati equation control, active disturbance rejection control and super-twisting control.

Questa tesi tratta la possibilità di utilizzare propulsione a bassa spinta per stare involo stazionario al di sopra una regione di un corpo in rotazione non controllata. Questa posizione di volo stazionario può quindi permettere l’osservazione di una specifica regione o la sua cattura. Sono state concepite per lo scopo due tipologie di orbite; un’orbita circolare relativa e periodica sincronizzata con il rateo di rotazione del bersaglio ed un’orbita ellittica relativa che può essere adattata per ridurre il costo del mantenimento dello stazionamento. Simulazioni sul controllo del satellite che segue queste orbite di riferimento vengono intraprese per tracciare le regioni di Envisat con una velocità di rotazione di circa 1.6deg/s. Con il controllo progettato viene eseguito un trade-off delle prestazioni tra diversi controlli, utilizzando il controllo dell’equazione di Riccati dipendente dallo stato, il controllo del rifiuto di disturbo attivo e il controllo super-twisting.