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WORHP

ArbeitsgruppeAG Optimierung und Optimale Steuerung
Leitung: Prof. Dr. Christof Büskens ((0421) 218-63861, E-Mail: bueskens@math.uni-bremen.de)
Bearbeiter: Dr. Patrik Kalmbach
Dr. Tim Nikolayzik
Dr.-Ing. Dennis Wassel
Tobias Linke
Sören Geffken
Marcel Jacobse (E-Mail: mjacobse@uni-bremen.de)
Renke Kuhlmann ((0421) 218-63864, E-Mail: renke.kuhlmann@math.uni-bremen.de)
Projektförderung: ESA
Projektpartner: Astos Solutions GmbH
Skysoft
University of Birmingham
University of Coimbra
Laufzeit: seit 01.01.2008
Webseite:http://www.worhp.de

Bild des Projekts WORHP

Dass Bremen der wichtigste deutsche Standort in der Raumfahrtindustrie ist, demonstrieren die zahlreichen in Bremen etablierten Unternehmen dieser Branche, sowie das „Projektbüro DLR-Raumfahrtinstitut Bremen“.
Seit Sommer 2006 wird auch im Zentrum für Technomathematik an Problemstellungen aus diesem Bereich gearbeitet. Vor der Durchführung von Raumfahrtmissionen, wie Satellitenkonstellationen im Erdorbit, Aufstieg von Trägersystemen ins All und ihr Wiedereintritt in die Erdatmosphäre oder interplanetare Flüge, müssen sie durch Computersimulationen ausgiebig getestet werden. Dazu werden mit mathematischen Methoden optimale Flugbahnen (Trajektorien) berechnet. So genannte NLP-Verfahren sind ein Schlüsselinstrument für die Missionsanalyse.
Nachdem im Rahmen eines vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) geförderten Pilotprojektes ein Prototyp des neuen Sparse NLP-Solvers WORHP entwickelt wurde, entstand darauf aufbauend ein Folgeprojekt zur Entwicklung des real einsetzbaren Sparse NLP-Solvers WORHP („We Optimize Really Huge Problems“), welches von der europäischen Weltraumorganisation ESA finanziert wird.
In einer internationalen Kooperation der Raumfahrt-Software Unternehmen ASTOS SOLUTION GmbH und Skysoft (Lissabon) mit den Spezialisten für mathematische Methoden der Optimierung und Optimalsteuerung an den Universitäten Coimbra, Birmingham und Bremen wird gemeinsam ein NLP-Solver entwickelt, der die Herausforderungen aus der Missionsanalyse bewältigen kann: Während mit den vorhandenen Verfahren Optimierungsprobleme mit höchstens 5.000 Freiheitsgraden bearbeitet werden können, sind in der Raumfahrt Probleme mit 100.000 und mehr Variablen und Beschränkungen an der Tagesordnung.
Dadurch steigen Rechenzeiten und Speicherbedarf in nicht mehr tolerierbare Dimensionen. Jetzt werden neue Algorithmen entwickelt und implementiert, die die spezielle Struktur der Optimierungsaufgaben aus der Missionsanalyse ausnutzen: die auftretenden Matrizen, die in allen Verfahren eine entscheidende Rolle spielen, sind „dünn besetzt“ (englisch sparse), d.h. sie besitzen nur wenige Nichtnull-Einträge. Derartige Sparse NLP-Solver existierten bisher nur in den USA. Durch die aktuelle Entwicklung eines eigenen effizienten Software-Paketes zur Missionsanalyse werden die Kompetenzen und die Unabhängigkeit der europäischen Raumfahrtindustrie entscheidend gestärkt.

Publikationen

  1. S. Geffken.
    Effizienzsteigerung numerischer Verfahren der nichtlinearen Optimierung.
    Dissertationsschrift, Universität Bremen, 2017.

    online unter: Elektronische Bibliothek der Universität Bremen

  2. C. Büskens, D. Wassel.
    The ESA NLP Solver WORHP.
    Modeling and Optimization in Space Engineering, J. D. Pintér (Hrsg.), Springer Optimization and Its Applications, Vol. 73, Springer Verlag, 2013.

    DOI: 10.1007/978-1-4614-4469-5

  3. D. Wassel.
    Exploring novel designs of NLP solvers: Architecture and Implementation of WORHP.
    Dissertationsschrift, Universität Bremen, 2013.

    online unter: Elektronische Bibliothek der Universität Bremen

  4. T. Nikolayzik.
    Korrekturverfahren zur numerischen Lösung nichtlinearer Optimierungsprobleme mittels Methoden der parametrischen Sensitivitätsanalyse.
    Dissertationsschrift, Universität Bremen, 2012.

    online unter: Elektronische Bibliothek der Universität Bremen

  5. D. Wassel, F. Wolff, J. Vogelsang, C. Büskens.
    WORHP - The ESA NLP Solver.
    5th International Conference on Astrodynamics Tools and Techniques, 29.05.-01.06.2012, Noordwijk, Niederlande.
    Proceedings of the 5th International Conference on Astrodynamics Tools and Techniques, 2012.
  6. P. Kalmbach.
    Effiziente Ableitungsbestimmung bei hochdimensionaler nichtlinearer Optimierung.
    Dissertationsschrift, Universität Bremen, 2011.

    online unter: Elektronische Bibliothek der Universität Bremen

  7. T. Nikolayzik, C. Büskens.
    WORHP (We Optimize Really Huge Problems).
    4th International Conference on Astrodynamics Tools and Techniques, 03.05.- 06.05.2010, Madrid, Spanien.
    Proceedings of the 4th International Conference on Astrodynamics Tools and Techniques, 2010.
  8. T. Nikolayzik, C. Büskens, M. Gerdts.
    Nonlinear large-scale Optimization with WORHP.
    Berichte aus der Technomathematik 10-08, Universität Bremen, 2010.
  9. C. Büskens, P. Kalmbach, T. Nikolayzik, D. Wassel.
    Solver Development Strategy.
    Berichte aus der Technomathematik 08-02, Universität Bremen, 2008.
  10. D. Wassel, T. Nikolayzik, C. Büskens.
    Interface Control Document.
    Berichte aus der Technomathematik 08-01, Universität Bremen, 2008.