Tube Model Predictive Control for Robust Close-Range Rendezvous with Tumbling Target

The increasing threat of collision with space debris for commercial and scientific missions in Earth orbit has sparked interest in GNC methods that can successfully rendezvous with these uncontrolled objects for de-orbiting. An important area of research deals with assuring a successful manoeuver despite the uncertainties in the estimation of the target state. The current work uses Tube Model Predictive Control to deal with the disturbances acting on the system and track the reference trajectory for each possible realization of the stochastic dynamics. Differently from previous works in the literature, the method is here applied to a realistic setting considering a rendezvous with the Envisat satellite with uncertainty on the inertia of the target. The controller robustness guarantees are verified with a Monte Carlo analysis.

La crescente minaccia di collisione con detriti spaziali per missioni commerciali e scientifiche in orbita terrestre ha suscitato interesse nei metodi GNC che possono effettuare rendezvous con questi oggetti non controllati in un ottica di de-orbiting. Un'importante area di ricerca si occupa di garantire il successo della manovra nonostante le incertezze nella stima dello stato del bersaglio. Il presente lavoro utilizza il controllo tube-MPC per gestire le perturbazioni che agiscono sul sistema e seguire la traiettoria di riferimento per ogni possibile realizzazione della dinamica stocastica. Diversamente dai precedenti lavori in letteratura, il metodo è qui applicato in un contesto realistico considerando un rendezvous con il satellite Envisat con incertezza sull'inerzia del bersaglio. Le garanzie di robustezza del controller sono verificate con un'analisi di Monte Carlo.