Meagan Chappell
26 de abril de 2024
Se ha desarrollado una estrategia para transferir trayectorias de naves espaciales entre herramientas de mecánica de vuelo, denominada Trajectory Reverse Engineering (TRE).[1]. Esta técnica innovadora ha sido diseñada para ser genérica, permitiendo su aplicación entre cualquier par de herramientas y para ser resistente a las diferencias encontradas en los modelos dinámicos y numéricos únicos de cada herramienta. La técnica TRE se desarrolló como parte del estudio NESC, Interoperabilidad de herramientas de análisis de mecánica de vuelo y uso compartido de componentes, para desarrollar interfaces que respalden la interoperabilidad entre varias de las herramientas institucionales de mecánica de vuelo de la NASA.
El desarrollo de misiones espaciales implica múltiples herramientas de diseño, lo que requiere la transferencia de trayectorias entre ellas, tarea que exige una gran cantidad de datos de trayectoria, como fotogramas, estados, parametrizaciones de estado y tiempo, y modelos dinámicos y numéricos. Esta es una tarea tediosa y que requiere mucho tiempo y que no siempre es efectiva, particularmente en dinámicas complejas donde pequeñas variaciones en los modelos pueden causar que las trayectorias diverjan en el proceso de reconstrucción.
La estrategia TRE es un proceso de intercambio de trayectorias que es independiente de los modelos utilizados y realizados a través de un objeto común: las naves espaciales y los núcleos de planetas (SPK), desarrollado en el JPL Navigation and Ancillary Information Facility. El uso de este objeto común tiene como objetivo sentar las bases para un sistema global de interoperabilidad de herramientas de mecánica de vuelo (Figura 1).
Un archivo SPK sirve como un objeto contenedor, que representa una trayectoria como una estructura invariante 6D en el espacio de fases, independiente de los entornos gravitacionales, los modelos de fidelidad o la representación numérica del sistema. Se utiliza un escaneo juicioso del kernel para recuperar la trayectoria en cualquier herramienta nueva, con la mínima (o nula) información de la fuente generadora. Las maniobras impulsivas se pueden extraer en forma de discontinuidades de velocidad, las quemaduras finitas se pueden detectar como variaciones en la energía del sistema y los cuerpos naturales que conforman la trayectoria del universo se pueden leer directamente desde el núcleo.
Los estados o puntos de control se encuentran en intervalos de tiempo predeterminados o puntos estratégicos a lo largo de la trayectoria (por ejemplo, periapsis, apoapsis, acercamiento más cercano del sobrevuelo), que luego se utilizan para reconstruir la línea de tiempo de la trayectoria. La trayectoria se puede propagar hacia adelante en el tiempo utilizando el conjunto seleccionado de puntos de control. Debido a la discrepancia entre los modelos de herramientas, pueden aparecer discontinuidades pequeñas o grandes entre las patas integradas, que pueden suavizarse mediante la implementación de un algoritmo de disparo múltiple (Figura 2).
La estrategia TRE se implementó con éxito para Monte y Copernicus en forma de scripts de Python (en la Figura 3 se muestran ejemplos de trayectorias reconstruidas de SPK para cada una de estas herramientas). A través de un archivo de entrada de usuario opcional, un usuario puede configurar su problema específico. También son posibles restricciones definidas por el usuario, pero su implementación dependerá de la herramienta específica. Los beneficios de este esfuerzo incluyen la reducción de costos mediante el intercambio de capacidades, la aceleración del proceso de respuesta que involucra varias herramientas de análisis en diferentes etapas del desarrollo de la misión, soluciones de diseño mejoradas a través de diseños de misión con múltiples herramientas y una reducción en la redundancia del desarrollo.
Referencia:
- Restrepo, RL, “Ingeniería inversa de trayectoria: una estrategia general para transferir trayectorias entre herramientas de mecánica de vuelo” AAS 23-312, enero de 2023.
Para obtener información, comuníquese con Heather Koehler heather.koehler@nasa.gov y Ricardo L. Restrepo ricardo.l.restrepo@jpl.nasa.gov.
