Developing a New Explicit Guidance Method for the Trajectory Correction of Sub-Orbital Modules

Alemi Naeeni, A. R.; Roshanian, J.

Developing a New Explicit Guidance Method for the Trajectory Correction of Sub-Orbital Modules

Authors

A. R. Alemi Naeeni

J. Roshanian

Abstract

This paper presents an explicit guidance method which could be used in the problems of orbit correction for sub-orbital modules. This method is based on solving the Lambert problem. Two efficient methods of solving the Lambert problem are introduced and compared. Using of the selected method a guidance scenario is developed which is capable of solving the problem under investigation. All of the methods of solving the Lambert problem, are based on spherical gravitational field and aerodynamic forces are not considered by them. In order to consider those important factors, a method is presented which increases the accuracy of guidance block computations. Finally using of developed method, two sample problems are investigated. Applying the developed method, a guidance block is prepared which performs the required maneuvers in a mission. Monte Carlo simulation confirms the ability of developed method in different conditions.

Keywords

lambert problem

orbital mechanics

guidance

Perturbation factors

Virtual displacement

Article Title Persian

توسعة یک روش هدایتی صریح در مأموریت‌های اصلاح مسیرحرکتی ماژول‌های زیرمداری

Authors Persian

علیرضا عالمی‌نائینی

جعفر روشنی‌یان

Abstract Persian

هدف از مقالة حاضر، تدوین یک قانون هدایتی صریح برای مسائلی با ماهیت تغییر یا اصلاح مسیر حرکت ماژول‌های زیرمداری است. روش مورد استفاده، مبتنی بر حل مسئلة لامبرت بوده و از این رو، دو روش کارآمد در این حوزه معرفی شده و مورد ارزیابی و مقایسه قرار خواهد گرفت. بر این اساس یک سناریوی هدایت معرفی شده و در مسئله تحت بررسی به‌کار گرفته می‌شود. متأسفانه تمامی روش‌های حل مسئله لامبرت از فرض میدان گرانش نقطه‌ای تبعیت می‌کند. با توجه به اهمیت نیروهای آیرودینامیک و اثرات نیروهای اغتشاشی حاصله از میدان گرانش و از جمله بیضی گون بودن میدان گرانش زمین، در ادامه این مقاله، روشی برای لحاظ کردن اثرات عوامل یاد شده به منظور اصلاح بلوک هدایت معرفی خواهد شد. عملیاتی بودن و قابلیت استفاده در کلیه مأموریت‌های هدایت از نوع ذکر شده، از اهداف موجود در توسعه سناریوی هدایت است. در پایان، دو مسئلة نمونه با استفاده از الگوریتم معرفی شده مورد بررسی قرار گرفته و روش اتخاذ شده ارزیابی خواهد شد.

Keywords Persian

لامبرت

مکانیک مدارهای فضایی

هدایت

عوامل اغتشاشی

جابجایی مجازی

[1] Wu,, Huang, Y. and Zhang, J., “The Design of Guidance on Suborbital Reentry,” 2009 International Asia Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, Bangkok, Thailand, 1-2 February 2009.
[2] Shen, , Lu, P., “On-board Entry Trajectory Planning for Sub-Orbital Flight”, ActaAstronautica, Vol. 56, Issue 6, March 2005, pp. 573–591.
[3] Chawla, , Sarmah, P. and Padhi, R., “Suboptimal Reentry Guidance of a Reusable Launch Vehicle Using Pitch Plane Maneuver,” Aerospace Science and Technology, Vol. 14, Issue 6, September 2010, pp. 377–386.
[4] Song, J. and JeaTahk, M., “Real-time Mmidcourse Missile Guidance Robust Against Launch Conditions,” Control Engineering Practice, Vol. 7, Issue 4, April 1999, pp. 507–515.
[5] Song, J. and JeaTahk, M., “Real-Time Midcourse Guidance with Intercept Point Prediction,” Control Engineering Practice, Vol. 6, Issue 8, August 1998, pp. 957–967.
[6] Lin, L., Lin, Y. P. and Chen, K. M., “On the Design of Fuzzified Trajectory Shaping Guidance Law,” ISA Transactions, Vol. 48, Issue 2, April 2009, pp. 148–155.
[7] Bhat, M. S. and Shrivastava, S. K., “An Optimal Q-Guidance Scheme for Satellite Launch Vehicles,” Journal of Guidance, Control and Navigation, Vol. 10, No. 1, 1987, pp. 53-60.
[8] Circi, C. and Teofilatto, P., “On Optimality of Q-Guidance,” 55^th International Astronautical Congress, Vancouver, Canada, 2004.
[9] Circi, C., “Hybrid Methods and Q-Guidance for Rocket Performance Optimization”, Journal of Aerospace Engineering, G., Vol. 218, No. 5, 2004, pp. 353-359.
Steven, L. N. and Zarchant, P., “Alternative Approach to the Solution of Lambert's Problem,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 15, No. 4, July-August 1992, pp. 1003-1009.
Battin, R. H. and Vaughan, R. M., “An Elegant Lambert Algorithm,” Journal of Guidance. Control, and Dynamics, Vol. 7, No. 6, 1984, pp. 662-670.
Curtis, H. D., Orbital Mechanics for Engineering Students, Elsevier, 2005.
Zarchan, P., “Tactical and Strategic Missile Guidance,” AIAA, 1997.
Battin, R. H., “An Introduction to the Mathematics and Methods of Astrodynamics,” AIAA Education Series, 1999.
Battin, R. H., Astronautical Guidance, McGraw-Hill, Inc., New York, 1964.