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Optimale Steuerung und Regelung einer Mondlandung mit nicht-modulierbaren Triebwerken

Arbeitsgruppe:AG Optimierung und Optimale Steuerung
Leitung: Prof. Dr. Christof Büskens ((0421) 218-63861, E-Mail: bueskens@math.uni-bremen.de)
Bearbeiter: Dr. Matthias Knauer ((0421) 218-63863, E-Mail: knauer@math.uni-bremen.de)
Dr. Jan Tietjen
Projektpartner: DLR, Institut für Raumfahrtsysteme, Bremen
Laufzeit: 01.10.2009 - 30.04.2010
Bild des Projekts Optimale Steuerung und Regelung einer Mondlandung mit nicht-modulierbaren Triebwerken Ziel dieses Projekts ist es, für eine Landefähre im Mondorbit ein optimales Flugmanöver zu bestimmen, um sie unter Berücksichtigung verschiedener Beschränkungen sicher auf der Mondoberfläche zu landen. Die hohe Startgeschwindigkeit der Landefähre soll dabei im Wesentlichen von nicht-modulierbaren Triebwerken kompensiert werden, die nacheinander zu bestimmten Zeitpunkten abgeschaltet werden. Durch schwächere modulierbare Triebwerke ist man jedoch noch in der Lage, kleinere Lage- und Kurskorrekturen durchführen zu können.
Referenzbahn (rot) einer Mondlandung. Große Störungen in den Anfangswerten lassen sich durch den Einsatz eines Reglers kompensieren (blau) Referenzbahn (rot) einer Mondlandung. Große Störungen in den Anfangswerten lassen sich durch den Einsatz eines Reglers kompensieren (blau)

Zur Lösung der Aufgabe wurde ein mathematisches Modell erstellt, das die Flugbahn der Landefähre in einem geeigneten Mond-orientierten Koordinatensystem darstellt. Für dieses Modell ließen sich mit Methoden der Optimalen Steuerung Referenzbahnen berechnen, die z.B. den Treibstoffverbrauch minimierten. Um die Qualität und Störungsanfälligkeit dieser Bahnen beurteilen zu können, wurde ein modellbasierter Regelalgorithmus entwickelt, der robust große Störungen, z.B. in der Startposition, ausgleichen kann.