Comet Interceptor: FDIR strategy for the vision-based navigation

The Comet Interceptor mission relies on Vision-Based Navigation (VBN) for the comet fly-by. During the final approach phase, the onboard Guidance, Navigation, and Control (GNC) system operates fully autonomously. Due to the high uncertainty associated with the target, a Dynamically New Comet (DNC), a robust Fault Detection, Isolation, and Recovery (FDIR) strategy is essential for reliable navigation. Fast fly-by missions, such as Comet Interceptor, require advanced autonomous navigation systems due to their high velocity, limited navigation time, and the impossibility of real-time ground intervention. This study focuses on the design and validation of an FDIR strategy to enhance VBN performance in the presence of disturbances, particularly cometary outbursts. An Extended Kalman Filter (EKF) has been implemented to provide real-time state estimation, ensuring continuous trajectory updates despite the rapidly changing dynamics. A measurement rejection technique has been integrated within the filter to mitigate the impact of outbursts on navigation accuracy. The simulation results confirm that this approach effectively improves state estimation, achieving error convergence. The findings demonstrate that autonomous navigation and robust FDIR strategies are essential for the success of deep-space exploration missions, enabling spacecraft to operate reliably in highly uncertain and unstructured environments. Future missions will increasingly rely on these techniques to ensure accurate trajectory determination and mission success.

La missione Comet Interceptor si basa sulla navigazione ottica per il sorvolo di una cometa. Durante la fase finale di avvicinamento, il sistema di Guida, Navigazione e Controllo (GNC) di bordo opera in modo completamente autonomo. A causa dell'elevata incertezza associata al target, una cometa dinamicamente nuova (DNC), è essenziale una strategia robusta di rilevamento, isolamento e recupero dei guasti (FDIR) per garantire una navigazione affidabile. Le missioni di sorvolo rapido, come Comet Interceptor, richiedono sistemi di navigazione autonoma avanzati a causa dell'alta velocità, del tempo limitato per la navigazione e dell'impossibilità di intervento da terra in tempo reale. Questo studio si concentra sulla progettazione e validazione di una strategia FDIR per migliorare le prestazioni della navigazione ottica in presenza di disturbi, in particolare gli outburst cometari. È stato implementato un Filtro di Kalman Esteso (EKF) per fornire una stima dello stato in tempo reale, garantendo aggiornamenti continui della traiettoria nonostante la rapida evoluzione della dinamica. Inoltre, è stata integrata una tecnica di scarto delle misurazioni per mitigare l'impatto degli outburst sulla precisione della navigazione. I risultati delle simulazioni confermano che questo approccio migliora efficacemente la stima dello stato. I risultati dimostrano che la navigazione autonoma e strategie FDIR robuste sono fondamentali per il successo delle missioni di esplorazione dello spazio profondo, permettendo ai veicoli spaziali di operare in ambienti altamente incerti e non strutturati. Le missioni future si affideranno sempre più a queste tecniche per garantire una determinazione accurata della traiettoria e il successo della missione.