AbstractFuture utilization of the experimental facilities on-board the International Space Station (ISS) exhibits a demand for frequent sample return opportunities that can be provided by small, unmanned but controllable re-entry capsules. Based on the mission and system requirements for payload retrieval, a conceptual vehicle design down to subsystem level is presented. The vehicle is of a sphere-cone shape with an oblate bottom surface and equipped with a body flap. This configuration was established by means of extensive numerical analyses. A tether-assisted deorbit maneuver is considered, which yields significant mass savings over a conventional propulsive approach if applied in an operational scenario. For reentry guidance, which is a key technology for this type of vehicle, an explicit near-optimal guidance law is presented and its performance evaluated. Furthermore, mission safety issues in case of GNC system failures are addressed. Six-degree-of-freedom analyses simulating the loss of the control capability during re-entry flight indicate that the vehicle is capable to drastically reduce landing dispersions and thus to improve safety on ground, if proper on-board emergency procedures are implemented.

    ZusammenfassungEine Nutzung der Internationalen Raumstation als experimentelle Plattform lässt häufige Rückflugmöglichkeiten als zweckmäßig erscheinen, für die vorzugsweise kleine, unbemannte Kapseln eingesetzt werden können. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Vorteile auftriebsgestützter, steuerbarer Systeme für diese Aufgabenstellung und stellt als Designvorschlag eine Kugel-Kegel-Konfiguration mit abgeflachter Unterseite und Heckklappe vor, dessen Eignung durch umfangreiche Analysen abgesichert wurde. Für die Einleitung des Rückkehrfluges wird ein seilgestütztes Deorbitmanöver aufgrund der damit verbundenen, im Beitrag gezeigten Systemmasseneinsparungen als vorteilhaft gegenüber dem konventionellen propulsiven Fall angesehen. Für die Flugsteuerung wird ein prädiktives, Optimalitätskriterien genügendes Lenkverfahren vorgestellt und dessen Leistungsfähigkeit demonstriert. Mit Hilfe von Bewegungssimulationen wird ferner gezeigt, dass das Fahrzeug auch bei (Teil-)Ausfall des Flugführungssystems bordautonom in ein begrenztes Landegebiet überführt werden kann, und damit Gefährdungen am Boden drastisch reduziert werden.


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    Title :

    Operational use of guided reentry capsules – system design solutions and mission safety considerations&z.star;This article was presented at the German Aerospace Congress 2002.


    Additional title:

    Operationelle Nutzung steuerbarer Wiedereintrittskapseln – Lösungsvorschläge zum Systemdesign und Missionssicherheitsanalyse



    Published in:

    Publication date :

    2004-07-12


    Size :

    10 pages




    Type of media :

    Article (Journal)


    Type of material :

    Electronic Resource


    Language :

    English