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Reachable set computation for spacecraft relative motion with energy-limited low-thrust

机译：具有有限能量的低推力的航天器相对运动的可到达集合计算

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摘要

For spacecraft in formation flight, the knowledge on a reachable set for their relative motion is crucial as it can be used to 1) assess their operational capability and plan tasks accordingly, and 2) predict the operational boundary of neighboring spacecraft, from which the collision probability can be effectively monitored, improving the level of situational awareness. In this paper, a new approach for reachable set computation is proposed that computes accurate inner and outer approximations of the reachable set for a spacecraft's relative motion with energy-limited low thrust. Finding the exact boundary of the reachable set requires solving an optimal control problem with infinitely many sets of initial and terminal conditions, which is intractable. To overcome this difficulty, an analytical solution to the optimal control problem is introduced, and an ellipsoidal approximation method is applied to the solution to find two inner and outer ellipsoids that approximate the exact boundary of the reachable set. The effectiveness of the proposed approach is demonstrated with illustrative numerical examples. (C) 2018 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.
机译：对于编队飞行中的航天器，有关其相对运动的可到达集合的知识至关重要，因为它可用于1）评估其运行能力并据此计划任务，以及2）预测相邻航天器的运行边界，由此发生碰撞概率可以得到有效监控，提高了态势感知的水平。在本文中，提出了一种新的可到达集合计算方法，该方法可在能量有限的低推力情况下，计算航天器相对运动的可到达集合的精确内外近似。找到可到达集合的确切边界要求解决具有无限多组初始条件和最终条件的最优控制问题，这是棘手的。为了克服这个困难，引入了对最优控制问题的解析解，并将椭球近似方法应用于该解，以找到两个内部和外部椭圆体，它们近似于可到达集合的精确边界。所举方法的有效性通过说明性的数值示例得到了证明。 （C）2018 Elsevier Masson SAS。版权所有。

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  • 来源
    《Aerospace science and technology》 |2018年第6期|180-188|共9页
  • 作者

    Lee Sangjin; Hwang Inseok;

  • 作者单位

    Purdue Univ, W Lafayette, IN 47907 USA;

    Purdue Univ, W Lafayette, IN 47907 USA;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
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