Araştırma, alan içi servis ve onarım görevleri için birden fazla küp kullanmaya ışık tutuyor

Daha fazla uydu, teleskop ve diğer uzay aracı onarılabilir olacak şekilde inşa edildikçe, hizmet uzay aracının güvenli bir şekilde ulaşması için güvenilir yörüngeler alacaktır. Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign, Grainger Mühendislik Koleji Mühendislik Mühendisliği Bölümü’ndeki araştırmacılar, birden fazla küpün bir uzay teleskopunu monte etmek veya onarmak için servis ajanları olarak hareket etmesini sağlayacak bir metodoloji geliştiriyor.

Yayınlandı Astronotik Bilimler Dergisionların yöntem Yakıt tüketimini en aza indirir, servis ajanlarının asla 5 metreden daha yakın gelmemesini garanti eder ve alanla ilgili olmayan yol rehberlik sorunlarını çözmek için kullanılabileceğini garanti eder.

“CubeSats’ın çarpışmadan verimli bir şekilde çalışmasına izin veren bir plan geliştirdik,” dedi Havacılık ve Uzay Ph.D. Öğrenci Ruthvik Bomrena. “Bu küçük uzay aracının yerleşik hesaplama yetenekleri sınırlıdır, bu nedenle bu yörüngeler görev tasarım mühendisleri tarafından önceden hesaplanmaktadır.”

Bomrena ve fakülte danışmanı Robyn Woollands, aynı zamanda bir servis aracı ve uzay içi servis geçiren bir uzay teleskopu arasında modüler bileşenleri taşıyarak iki, üç veya dört araç sürüsünü simüle ederek algoritmanın performansını gösterdi.

Bomrena, “Bunlar hesaplamak ve hesaplamak zor yörüngeler, ancak optimalliğini garanti eden yeni bir teknik bulduk.” Dedi.

Bomrena, en zor yönün mesafelerin ölçeği olduğunu söyledi. James Webb uzay teleskopunun yörüngesi, güneşin dünyası Lagrange Noktası 2’de yaklaşık 1,5 milyon kilometre uzaklıktadır. Güneş ve Dünya’nın yerçekimi kuvvetinin birbirini dengelediği yerdir, bu da derin alan gözlem uyduları için uzayda mükemmel bir yer haline getirir. Güneşten uzak dururken yörüngeyi koruyun.

“Çok teknik olmadan, çıkış çözümünün yakıt optimal olduğunu garanti etmek için dolaylı optimizasyon yöntemleri kullandık. Doğrudan yöntemler bunu garanti etmez.”

Diyerek şöyle devam etti: “Ayrıca çarpışma önleme yoluyla eşitsizlik kısıtlamalarını zor bir kısıtlama olarak optimal kontrol formülasyonuna dahil ettik, bu nedenle uzay aracı yörünge sırasında herhangi bir noktada kısıtlamayı ihlal etmiyor.”

Bomrena, çarpışmadan kaçınma gibi kısıtlamalarla geleneksel doğrudan veya dolaylı yöntemlerin yörüngeyi birden fazla yay haline getirdiğini ve karmaşıklığı katlanarak artırdığını açıkladı.

“Metodolojimiz, yörüngelerin tek ark olarak çözülmesine izin veriyor. Sadece başlangıç ​​noktasından doğrudan hedef noktaya gidiyoruz. Daha fazla yakıt optimal ve daha fazla hesaplama açısından verimli.”

Araştırmanın bir diğer önemli sonucu, yeni bir hedefe bağlı dairesel kısıtlı üç cisim problemi dinamik modelinin geliştirilmesidir.

Bomrena, “Güneş ve dünya arasındaki geniş mesafeden gelen sayısal zorlukları azaltmamız gerekiyordu.” Dedi. “Bunu yapmak için, önce çerçevenin merkezini X ekseni boyunca güneş-toprak baryCenter’dan Lagrange Noktası L2’nin konumuna kaydırdık ve daha sonra hedef uzay aracına göre hareket denklemlerini türettik. Ayrıca yeni bir mesafe getirdik. Orijinal mesafe ölçümüne göre orantılı olarak ayarlanan bir ölçeklendirme faktörü uygulayarak birim. “

Bomrena, kendisi ve Woollands’ın bu proje üzerinde yaklaşık bir buçuk yıl çalıştıklarını söyledi. Atılımı uzun mesafeli bir uçuşa geldi.

“Matematik kağıt üzerinde çalışıyordu. Sahip olduğumuz en büyük sorun sayı ile güreşmekti. Uzun bir uçuş sırasında kodlanıyordum. Birkaç şey denedim ve aniden çözüm birleşti. İlk başta inanmadım. Çok heyecan verici bir an ve önümüzdeki birkaç gün harika geldi. “

Bomrena, bu çalışmanın uygulamasının alan içi servis ve montajı daha güvenli ve daha verimli hale getirmek olsa da, geliştirdikleri metodolojinin çok yönlü olduğunu ve farklı kısıtlamalarla diğer yörünge optimizasyon senaryolarında kullanılabileceğini söyledi.