상태 의존 Riccati 방정식 제어 기법을 사용한 최적의 편대 위성 재배치 = (The) optimal reconfiguration trajectory with SDRE nonlinear controller

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, the optimal reconfiguration trajectories that minimize energy in satellite formation flying were determined. Reconfiguration trajectories are used to move satellites from their current positions to new desired positions. They are able to provide flexibility to space missions. Optimal reconfiguration trajectories of formation flying satellites require both a general orbital dynamic equation and an effective nonlinear control method. Therefore, equations of relative motion which include the effects caused by the reference orbit eccentricity and the J2 perturbation are derived, and a nonlinear control method called the state-dependent Riccati equation control method is utilized to solve the optimal control problem.Using newly developed models, reconfiguration trajectories were calculated with a variety of eccentricity and maneuver distances; in addition, these models were compared with other models using linearized equations of relative motion. As a result, the new models showed that formation flying satellites arrived at the desired location with accuracy of 0.1% in maneuver distance, even though maneuver distances were increased to hundreds of kilometers. It was that the optimal trajectories were able to minimize required energy for reconfiguration maneuver and reduce mission cost expected this study.

국문 초록 (Abstract)

위성 편대 비행에서 재배치 기동은 유연성 있는 임무 수행을 위하여 수시로 요구된다. 본 연구의 목적은 이러한 재배치 기동 시에 소모되는 에너지를 최소화 하고, 정확한 재배치를 이루는 것이다. 이를 위해서는 실제 동역학에 가까운 운동방정식의 사용과 적절한 제어 기법의 선택이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 J2 섭동을 포함한 타원 궤도에서의 상대적인 비선형 운동방정식을 유도하고 제어기는 상태 의존 Riccati 방정식(State-Dependent Riccati Equation, SDRE) 비선형 제어 기법을 사용하여 최적의 재배치 궤적을 산출하고자 한다.재배치 궤적은 다양한 이심률과 재배치 기동 거리에 대해서 산출 하였으며, 기존의 선형 모델들과 동일한 조건에서 시뮬레이션 하여 그 정확성을 비교하였다. 시뮬레이션 결과 재배치 기동 거리가 수백 km까지 증가하여도 항상 기동 거리의 0.1% 이내 범위에서 원하는 목표 지점에 재배치가 이루어지는 것을 확인 할 수 있었고, 이러한 결과는 기존의 선형 모델에서는 찾아 볼 수 없었다. 본 연구에서 산출된 최적 궤적은 편대 비행 위성의 재배치 시에 에너지 소모를 최소화하여 위성의 수명을 연장하고, 임무 수행비용을 줄일 수 있을 것으로 기대되어 진다.