Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Optimization of Transfer Trajectories Towards Lagrangian Points Orbits
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Aeronautical and Vehicle Engineering, Space Technology.
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Optimering av överföringsbanor för omloppsbanor runt Lagrangepunkter (Swedish)
Abstract [en]

Investigations on the Circular Restricted 3- Body Problem (CR3BP) and the motion about the Lagrangian points are not recent. Several past (upcoming) missions have used (plan to use) its dynamics. The existence of specific periodic orbits and their associated invariant manifolds is one property of the CR3BP that raises the interest. These periodic orbits are interesting for their great observation properties, eclipse avoidance, communication’s continuity with the Earth, etc. However, to reach them, optimized transfer trajectories have to be found. A numerical tool is developed to construct firstly these orbits, before using them as input parameters for the invariant manifolds. Indeed, when a spacecraft is inserted into one of these manifolds, it shall naturally reach the orbit without any additional cost. This numerical computation provides manifolds’s insertion points, which are used in return by a Nonlinear Programming (NLP) tool to eventually find the optimized trajectory. Families of periodic orbits and manifolds, together with optimized transfer trajectories, have been successfully computed, with a focus on the Halo Orbits of the Earth-Moon system. Some members of this family, the Near-Rectilinear Halo Orbits (NRHOs), are of a great interest both for their geometry characteristics (close approach of the secondary body) and stability properties. However, in the Earth-Moon system, the associated manifolds do not have points relatively close from the Earth. The thesis work hence does not ensure that using manifolds as transfer arcs is beneficial, compared to a direct transfer. Besides, the Time-Of-Flight (TOF) is significantly larger. Transfer strategies making use of the CR3BP dynamics still are interesting, radically different from the usual trajectories and offering a larger number of opportunities. They may be less expansive, and could particularly be used for uncrewed space missions.

 

Abstract [sv]

Det cirkulära begränsade trekroppsproblemet (CR3BP) och rörelsen kring Lagrangepunkterna har studerats tidigare. Flera tidigare (och kommande) rymduppdrag har använt (eller planerar att använda) banor som kan beskrivas av CR3BP. Förekomsten av specifika periodiska omloppsbanor och deras invarianta förgreningsbanor är en egenskap hos CR3BP som ökar intresset för dessa periodiska omloppsbanor, tack vare t.ex. deras obsevationsegenskaper, undvikande av förmörkelse, kontinuitet i kommunikation med jorden, etc. För att nå dessa omloppsbanor måste man finna optimerade överföringsbanor. Ett numeriskt vertyg är utvecklat för att först konstruera dessa de periodiska omloppsbanorna innan de används som ingångsparametrar för de invarianta förgreningarna. När en rymdfarkost sätts in i en av dessa förgreningsbanor, kommer den nå banan utan några extra kostnader. Den numeriska beräkningen i denna studie ger infogningpunkter som används inom ett icke-linjärt optimeringsproblem för att hitta den optimerade banan. Familjer av periodiska omloppsbanor och invarianta förgreningar, tillsammans med optimerade överföringsbanor, har framgångsrikt beräknats, med fokus på s.k. Halo-banor i jorden-månen-systemet. Några medlemmar av denna familj, de nära rektilinjära Halo-banorna (NRHOs), är mycket intressanta både för deras geometriska egenskaper (i närheten av den sekundära kroppen) och deras stabilitetsegenskaper. I jorden-månen-systemet har de associerade förgreningarna dock inga punkter relativt nära jorden. Det här examensarbetet ger dock inte ett entydigt svar på om förgreningar av överföringsbanor som överföringsbågar är mer fördelaktivt jämfört med direkta överföringsbanor, eftersom flygtiden är längre. Överföringsstrategier som använder sig av CR3BP-dynamiken är fortfarande intressanta, radikalt annorlunda jämfört med vanliga banor och erbjuder ett stort antal möljigheter. De kan vara mindre expansiva och kan därför med fördel användas för obemannade rymduppdrag.​

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 26
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2019:333
National Category
Aerospace Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-262031OAI: oai:DiVA.org:kth-262031DiVA, id: diva2:1360595
External cooperation
ArianeGroup
Examiners
Available from: 2019-10-14 Created: 2019-10-14 Last updated: 2019-10-14Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

By organisation
Space Technology
Aerospace Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 51 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf