Fuel-optimal low thrust collision avoidance manoeuvre with eclipse condition in the KS variables

n recent years, one of the most important hazard for space activities is the collision with a space debris. Avoiding the impact is the best option to prevent their formation and can be of fundamental importance for a mission’s success. In this work it is proposed the design of a continuous-thrust collision avoidance manoeuvre, in which the time inter- val where there is no power available onboard, e.g. when the spacecraft is in eclipse, is taken into account. In the solution of the problem the regularization of spacecraft mo- tion equations by the Kustaanheimo–Stiefel transformation has been considered. In the approach presented the objective function to be minimized is the collision probability at the nominal time of closest approach. The collision probability is then considered as a terminal constraint in a minimum-fuel optimal control problem. The result are compared to highlight the difference in computational time with respect a classical formulation of a collision avoidance manoeuvre

Negli ultimi anni, uno dei rischi più importanti per le attività spaziali è la collisione con un detrito spaziale. Evitare l’impatto è la migliore opzione per prevenire la loro formazione e può essere di fondamentale importanza per il successo di una missione. In questo lavoro viene proposta la progettazione di una manovra per evitare la collisione con l’uso di un motore a spinta continua, in cui si tiene conto dell’intervallo di tempo in cui non è disponibile energia a bordo, ad esempio quando il veicolo spaziale è in eclissi. Nella soluzione del problema è stata considerata la regolarizzazione delle equazioni del moto del veicolo spaziale mediante la trasformazione di Kustaanheimo-Stiefel. Nell’approccio presentato la funzione obiettivo da minimizzare è la probabilità di collisione al momento nominale di avvicinamento. La probabilità di collisione viene quindi considerata come un vincolo terminale in un problema di controllo ottimale a combustibile minimo. I risultati vengono confrontati per evidenziare la differenza di tempo di calcolo rispetto a una formulazione classica per una manovra simile.