Relative Dynamics and Modern Control Strategies for Rendezvous in Libration Point Orbits

Abstract

En tiempos recientes las misiones de espacio profundo están ganando interés rápidamente por parte tanto de agencias espaciales como de la industria, siendo su máximo exponente el objetivo de establecer una estación espacial permanente en órbita cislunar antes de finalizar la actual década. Para ello, las operaciones de rendez-vous y acoplamiento en órbita en entornos dinámicos multi-cuerpo de manera autónoma han sido definidas como tecnologías cruciales para expandir y dar soporte a la actividad humana más allá de la órbita baja terrestre.

En este trabajo, apoyado en formulaciones analíticas y numéricas de la dinámica relativa en el "problema restringido circular de los tres cuerpos", se ha desarrollado una familia de técnicas óptimas de guiado y control, tanto lineales como no-lineales, y tanto continuas como impulsivas, para el diseño de inicio a fin de trayectorias de rendez-vous entre vehículos espaciales co-orbitales en el mencionado entorno dinámico multi-cuerpo.

Para ello, se han diseñado y adaptado al problema descrito una serie de técnicas de control moderno, con especial hincapié en el diseño de maniobras de rendez-vous de bajo coste. Por último, las estrategias híbridas de rendez-vous, diseñadas combinando técnicas de control tanto discreto como continuo, se han probado y validado tomando como casos de ejemplo distintos escenarios de misión, donde el rendimiento numérico de los controladores desarrollados se compara y evalúa cuantitativamente mediante un conjunto de índices de rendimiento.