I Congreso de Postgrado fcfm: ingeniería, ciencias e innovación

103 Santiago, 10 al 12 de agosto, 2022 08 I NG E N I E R Í A A E ROE S PAC I A L ARREGLO DE MOTORES DE PROPELENTE SÓLIDO PARA EL PROBLEMA DE ATERRIZAJE SUAVE EN LA LUNA: ESTUDIO DE LOS REQUERIMIENTOS Y DISEÑO DEL AGCS Elías Obreque Sepúlveda 1,2 *, Marcos Díaz Quezada 1,2 1 Departamento de Ingeniería Eléctrica, Facult d de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile, Santiago 8370448, Chile 2 Laboratorio de Exploración Espacial y Planetaria (SPEL), Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile, Santiago 8370448, Chile RESUMEN Este trabajo presenta el diseño de un sistema de control inteligente de actitud y guía (AGCS) para el problema del aterrizaje suave en la Luna utilizando motores de propelente sólido (SPM). Si bien los SPMs presentan problemas de controlabilidad y el hecho de que no se pueden volver a apagar/encender una vez encendidos/apagados, estos se caracterizan por su confiabilidad, simplicidad y rentabilidad [1]. En consecuencia, nuestra principal contribu- ción es abordar estas desventajas mediante la formulación de un problema de optimización de aterrizaje unidi- mensional utilizando un arreglo de SPMs. El arreglo se estudia en una plataforma CubeSat con diferentes números de motores, y para tres tipos de sección transversal del grano propulsor (STGP) en el motor: Regresivo, Neutral y Progresivo. Los parámetros del motor y el control son optimizados mediante un algoritmo genético (AG) debido a la no linealidad del problema y las incertidumbres de las variables de estado. Se analizan dos enfoques de diseño para el control, donde el diseño robusto basado en las incertezas de las variables muestra el mejor desempeño. Para esto se definen 30 casos de aterrizajes y una función de costo promedio (FCP) para el AG [2]. La FCP se calcula con la media y la desviación estándar de las funciones de costos individuales pertenecientes a los 30 casos de trayectorias simuladas. La evaluación del segundo enfoque por simulaciones de Monte Carlo demuestra la efectividad de la estrategia de diseño para 60 nuevos casos. Esta mejora disminuye la velocidad de impacto (VI) asintóticamente a medida que aumenta el número de motores, y disminuye la s. d. de la velocidad. Los resultados muestran que la VI óptima en la superficie es de -2.97 m/s con una s. d. de 0.993 m/s utilizando un arreglo de 10 motores con una STGP regresivo. Paralelamente, durante el descenso se requiere de un sistema de estimación y control de actitud para mantener la estabilidad direccional del empuje. El arreglo de motores implica la existencia de fuerzas no colineales al cen- tro de masa que generan torques externos y para disminuir los torque cada motor inicia junto a otro simultán- eamente. Como la ignición posee tiempos muertos pequeños y aleatorios, esto aún deja torques residuales que deben ser eliminados. Por ello, se detallan los rangos del torque residual, y los requerimientos de control de unas ruedas de reacción. AGRADECIMIENTOS FONDECYT Regular 1221907 y 1211695, Oficina de Investigaciones Científicas del Ejército del Aire (AFOSR), número de adjudicación FA9550-18-1-0249, y CONICYT-PFCHA/Doctorado Nacional/2019-21190990. Los autores agradecen al laboratorio SPEL de la Universidad de Chile. REFERENCIAS [1] F. Maggi, A. Bandera, L. Galfetti, L. T. De Luca, T. L. Jackson, Acta Astronautica. 66 , 1563-1573 (2010) [2] I. Sekaj, IFAC Proceedings Volumes. 36 , 125–128 (2003)