This paper investigates the feasibility of a rendezvous with an uncooperative space object using only optical sensors and takes a closer look at the performance of different algorithms used to estimate an object’s orbit. The ability to perform a rendezvous with an uncooperative target is critical for a wide variety of future missions, such as space debris removal. The main satellite, referred to as chaser, has to determine precisely the orbit of the space object of interest, referred to as target. After some elements of mission analysis, this report dives into the angles-only method of Initial Orbit Determination developed by Gooding, which is a method well suited for space-based observations. It gives access to the osculating orbit at the time of measurements. Then, the estimated orbit is refined using a Batch Least Squares algorithm. The accuracy of the orbit determination depends on the number and precision of the measurements. An optimal strategy for the distribution of the measurements on orbit is to take measurements regularly throughout the whole orbit. The constraints of eclipses and ground stations contacts are taken into account. Finally, the Rendezvous and Proximity Operations are explored in a mission scenario.

Detta examensarbete undersöker möjligheten av ett rendezvous med ett icke-samarbetsvilligt rymdobjekt som endast använder optiska sensorer och tar en närmare titt på prestandan hos olika algoritmer som används för att uppskatta ett objekts omloppsbana. Förmågan att utföra ett möte med ett icke samarbetsvilligt mål är avgörande för en mängd olika framtida uppdrag, till exempel borttagning av rymdskrot. Den viktigaste satelliten, kallad chaser, måste exakt bestämma omloppsbanan för rymdföremål av intresse, kallad target. Efter några element av uppdragsanalys, dyker denna rapport in i den vinkelbaserade metoden för initial omloppsbestämning som utvecklats av Gooding, som är en metod som är väl lämpad för rymdbaserade observationer. Den ger tillgång till den osulerande banan vid tidpunkten för mätningarna. Därefter förfinas den beräknade omloppsbanan med hjälp av minstakvadratmetoden. Noggrannheten i omloppsbestämningen beror på antalet mätningar och deras precision. En optimal strategi för fördelningen av mätningarna i omloppsbana är att göra mätningar regelbundet över hela omloppsbanan. Begränsningarna i förmörkelser och markstationernas kontakter beaktas. Slutligen utforskas mötes- och närhetsoperationer i ett uppdragsscenario.