In der vorliegenden Arbeit werden zum einen umfangreiche Missions- und Systemanalysen zu einem wiederverwendbaren Raumtransportsystem durchgeführt und zum anderen wird ein zweistufiges prädiktives Lenkkonzept für den Einsatz in beliebigen Raumfahrzeugen weiterentwickelt und numerisch erprobt. Die Arbeiten sind auf das zweistufige, teilweise wiederverwendbare Raumtransportsystem Hopper ausgerichtet. Die Ergebnisse der Flugleistungsanalysen zeigen, welche Missions- und Systemparameter den größten Einfluss auf die Nutzlast im Zielorbit haben und geben Aufschluss darüber, durch welche Maßnahmen die Nutzlastkapazität des betrachteten Raumtransportsystems gesteigert werden kann. Die suborbital fliegende Erststufe erfordert eine Lenkstrategie, die sowohl den Aufstiegsflug als auch den atmosphärischen Wiedereintritt umfasst. Dazu wird ein am IRS entwickeltes Lenkverfahren, das auf Methoden der nichtlinearen Programmierung (NLP) basiert, weiterentwickelt. Der bordautonome Lenkalgorithmus generiert vor dem Flug mit vereinfachten Modellen einen optimierten Steuerverlauf. Während des Fluges wird in regelmäßigen zeitlichen Abständen eine Flugbahnvorhersage durchgeführt. Sind die vorhergesagten Zielabweichungen zu groß, führt der Bordrechner eine Aktualisierung der Steuerparameter durch. Dies geschieht durch den Restaurationszyklus des im Lenkkonzept verankerten Optimierungsalgorithmus. Zur Steigerung der Flexibilität des Verfahrens wurden Ungleichungsrestriktionen in den Restaurationszyklus implementiert. Somit werden die missions- und fahrzeugspezifischen Regler, die in vorangegangenen Arbeiten beispielsweise zur Einhaltung des zulässigen Wärmestroms eingesetzt wurden, nicht mehr benötigt. Durch die Definition verschiedener Flugphasen und die Implementierung verschiedener Steuermodelle, die die Möglichkeit bieten, den Steuerverlauf über beliebige Zustandsgrößen zu parametrisieren, wurde erreicht, dass das Verfahren nun auf alle Flugphasen eines wiederverwendbaren Raumtransportsystems anwendbar ist. Die Anwendbarkeit des Verfahrens auf die gesamte Hopper-Mission wird in umfangreichen Monte-Carlo-Simulationen demonstriert. Dabei werden auch Missionsabbruch-Szenarien betrachtet. Die Übertragbarkeit auf andere Raumfahrzeuge und Missionen wird durch die Simulation einer aerodynamisch unterstützten Orbittransfermission nachgewiesen. Dazu sind nur vergleichsweise geringe Anpassungsarbeiten notwendig, die im Wesentlichen die Fahrzeugmodelle, sprich Aerodynamik, Antrieb, Massen und Abmaße sowie fahrzeug- und missionsspezifische Flugbeschränkungen betreffen. Damit steht nun erstmalig ein Lenkverfahren zur Verfügung, das sowohl den Aufstiegs- als auch den Rückkehrflug eines wiederverwendbaren Trägersystems abdeckt, und leicht auf beliebige Raumtransportsysteme und Missionen übertragen werden kann.


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    Titel :

    Entwicklung eines prädiktiven Lenkverfahrens für wiederverwendbare Raumtransportsysteme


    Beteiligte:

    Erscheinungsdatum :

    2005


    Format / Umfang :

    114 Seiten, Bilder, Tabellen, 76 Quellen


    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch







    Raumtransportsysteme

    Messerschmid, Ernst / Fasoulas, Stefanos | Springer Verlag | 2017


    Raumtransportsysteme

    Raumfahrtkolloquium / Fachhochschule Aachen / Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt et al. | TIBKAT | 1994