Das Ziel dieses Abschlussprojekts zur Dynamik von Raumfahrzeugen ist es, die in den Kursen zur Starrkörperkinematik, Kinetik und Steuerung erworbenen Fähigkeiten anzuwenden. Es wird eine spannende Mission mit zwei Raumfahrzeugen zum Mars betrachtet, bei der ein primäres Mutterfahrzeug mit einem Tochterfahrzeug in einer anderen Umlaufbahn kommuniziert. Zu den Herausforderungen gehören die Bestimmung der Kinematik des Orbitrahmens und mehrerer gewünschter Referenzrahmen, die numerische Simulation der Lagedynamik des Raumfahrzeugs in der Umlaufbahn und die Implementierung einer Rückkopplungssteuerung, die dann die verschiedenen Körperrahmen des Raumfahrzeugs in einer Reihe von Missionsmodi ansteuert, darunter die Ausrichtung auf die Sonne zur Energieerzeugung, die Ausrichtung auf den Nadir für wissenschaftliche Zwecke und die Ausrichtung des Mutterfahrzeugs für Kommunikation und Datenübertragung. Schließlich wird eine integrierte Missionssimulation entwickelt, die diese Flugzustände implementiert und die sich daraus ergebende autonome Closed-Loop-Leistung untersucht.

Die Aufgaben 1 und 2 verwenden dreidimensionale Kinematik, um die missionsbezogene Umlaufbahnsimulation und die zugehörigen Umlaufbahnrahmen zu erstellen. Der einleitende Schritt stellt sicher, dass der Satellit die korrekte Bewegung durchläuft und dass die Orientierung des Orbitrahmens relativ zum Planeten richtig bewertet wird. Die Aufgaben 3 bis 5 erstellen den erforderlichen Lagereferenzrahmen für die drei Lageregelungsmodi, die als Sonnenausrichtung, Nadirausrichtung und GMO-Ausrichtung bezeichnet werden. Der Referenz-Lagereferenzrahmen ist eine entscheidende Komponente, um sicherzustellen, dass die Rückkopplungssteuerung den Satelliten in die gewünschte Ausrichtung bringt. Die angewandte Regelung ist für alle drei Ausrichtungsmodi gleich, aber die Leistung ist unterschiedlich, da unterschiedliche Lagereferenzrahmen verwendet werden. In den Aufgaben 6 bis 7 werden Simulationsroutinen erstellt, um zunächst den Lageverfolgungsfehler zwischen einem körperfesten Rahmen und einem bestimmten Bezugsrahmen des aktuellen Lagemodus zu bewerten. Anschließend wird die Dynamik der Trägheitslage durch eine numerische Simulation bewertet, um die Regelungsleistung numerisch analysieren zu können. Die Aufgaben 8-11 simulieren die Regelungsleistung für die drei Lagemodi. In den Aufgaben 8 bis 10 wird zunächst jeweils eine einzelne Lage simuliert, während in Aufgabe 11 eine umfassende Lagesimulation entwickelt wird, bei der die Lagemodi in Abhängigkeit von der Position des Raumfahrzeugs relativ zum Planeten autonom umgeschaltet werden. Das behandelte Material ist dem Buch "Analytical Mechanics of Space Systems" entnommen, das unter https://arc.aiaa.org/doi/book/10.2514/4.105210 erhältlich ist.