Autonomous collision avoidance algorithm.

The number of space objects in orbit keeps increasing and with it the frequency of collision alerts. Regarding this problem, the Flight Dynamics department of the CNES wishes to develop its already operational autonomous orbit control tools to incorporate risk management. In that regard, ASTERIA, an autonomous Station-Keeping algorithm capable of detecting and avoiding risks, has been developed and tested in space. However, a collision avoidance is a compromise between mitigating the risk and minimizing its impact on the mission, measured by the satellite's deviation from its reference orbit. Moreover, the collision assessment implemented into ASTERIA was only able to handle one risk at a time and did not guarantee a maximum deviation from this reference. To solve this issue, CACAO, a multi-risk collision avoidance maneuver optimization algorithm capable of keeping the satellite inside a Station-Keeping box, has been developed during a R&T. The first half of this internship focused on the addition of functionalities to this second algorithm to improve its efficiency and robustness. Each modification was tested and validated on real examples of conjunctions, mono-risk and multi-risk, whose data was provided by the CAESAR team of the CNES. During the second half, this algorithm was then integrated into ASTERIA to replace the previous collision avoidance computation method. CACAO's ability to converge towards a solution in the context of a simulation was validated, though several functionalities can still be improved.

Il numero di oggetti spaziali in orbita é in continuo aumento e con esso la frequenza degli allarmi di collisione. Per rispondere a questo problema, il dipartimento di Dinamica del Volo del CNES desidera sviluppare i suoi strumenti di controllo autonomo dell'orbita già operativi per incorporare la gestione del rischio. A questo proposito, è stato sviluppato e testato nello spazio ASTERIA, un algoritmo autonomo di station-keeping in grado di rilevare ed evitare i rischi di collisione. Tuttavia, la prevenzione delle collisioni è un compromesso tra la mitigazione del rischio e la minimizzazione del suo impatto sulla missione, misurato dalla deviazione del satellite rispetto alla sua orbita di riferimento. Inoltre, la valutazione delle collisioni implementata in ASTERIA era in grado di gestire solo un rischio alla volta e non garantiva una deviazione massima rispetto al riferimento. Per risolvere questo problema, nel corso di questo studio è stato sviluppato CACAO, un algoritmo di ottimizzazione delle manovre anti-collisione multirischio in grado di mantenere il satellite all'interno di un box di station-keeping. La prima metà di questo studio si è concentrata sull'aggiunta di funzionalità a questo secondo algoritmo per migliorarne l'efficienza e la robustezza. Ogni modifica è stata testata e validata su esempi reali di congiunzioni, mono-rischio e multi-rischio, i cui dati sono stati forniti dal team CAESAR del CNES. Nella seconda fase, questo algoritmo è stato integrato in ASTERIA per sostituire il precedente metodo di calcolo di evitamento delle collisioni. La capacità di CACAO di convergere verso una soluzione nel contesto di una simulazione è stata verificata, anche se diverse funzionalità possono ancora essere migliorate.