Landing a CubeSat on an asteroid's moon : guidance and control design for asteroid landing using discrete firings of closed-loop sliding mode control

Spacecraft bound to land on small bodies require reliable and robust Guidance & Control systems. This applies to Hera’s Milani CubeSat, which will land on (65803) Didymos’ moon, Dimorphos. In this work is selected an existing control algorithm to land Milani on Dimorphos and adapted to fire in 300s intervals. The landing performance is evaluated using Monte Carlo analyses. Here the Multiple Sliding Surface Guidance (MSSG) is selected. MSSG uses closedloop sliding mode control to reject bounded perturbations and synchronize the spacecraft with the asteroid’s body-attached reference frame. The MSSG is implemented using the Two Phased Descent (TPD) strategy, in which the thrust is first turned on and off in intervals of 300s. Next, upon crossing a height of 15m above Dimorphos, the control is turned on for 300s more regardless of the control’s past state. The TPD performance is mainly impacted by navigation position knowledge. With a position error of σ≈1m, collision velocities remain under 4.5cm/s with 98% of confidence. The incidence angles are of ≈20 deg and the landing ellipse is σ≈1.1m wide. Fuel consumption is about 10g for Isp between 40s and 80s.

I veicoli spaziali destinati ad atterrare su piccoli corpi richiedono sistemi di guida e controllo affidabili e robusti sistemi. Questo vale per il Milani CubeSat di Hera, che atterrerà sulla luna di Didymos (65803), Dimorphos. In questo lavoro viene selezionato un algoritmo di controllo esistente per far atterrare Milani su Dimorphos e adattato per sparare in intervalli di 300s. Le prestazioni di atterraggio sono valutate utilizzando Monte Carlo analisi. Qui viene selezionato il Multiple Sliding Surface Guidance (MSSG). MSSG utilizza un controllo a circuito chiuso controllo a modalità scorrevole per respingere le perturbazioni limitate e sincronizzare il veicolo spaziale con il quadro di riferimento dell'asteroide attaccato al corpo. Il MSSG è implementato utilizzando la strategia Two Phased Descent (TPD), in cui la spinta viene prima accesa e spenta a intervalli di 300s. Successivamente, dopo aver superato un'altezza di 15m sopra Dimorphos, il controllo viene acceso per altri 300s indipendentemente dallo stato passato del controllo. Le prestazioni del TPD sono principalmente influenzate dalla conoscenza della conoscenza della posizione. Con un errore di posizione di σ≈1m, le velocità di collisione rimangono sotto i 4.5cm/s con il 98% di confidenza. Gli angoli di incidenza sono di ≈20 gradi e l'ellisse di atterraggio è larga σ≈1.1m. Il consumo di carburante è di circa 10g per Isp tra 40s e 80s.