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Optimal Guidance and Control of Lunar Landers with Non-throttable Main Engine

Working Group:WG Optimization and Optimal Control
Leadership: Prof. Dr. Christof Büskens ((0421) 218-63861, E-Mail: bueskens@math.uni-bremen.de )
Processor: Dr. Matthias Knauer ((0421) 218-63863, E-Mail: knauer@math.uni-bremen.de)
Dr. Jan Tietjen
Project partner: DLR, Institut für Raumfahrtsysteme, Bremen
Time period: 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) Reference trajectory of a moon landing (red). Large perturbations in the initial values can be compensated by a feedback control (blue)

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.