Flugführung und Regelung für den optimalen Eintritt, Landeanflug und Landung von Raumfahrzeugen
Flugführung und Regelung für den optimalen Eintritt, Landeanflug und Landung von Raumfahrzeugen
SHEFEX II beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre
Die künstlerische Darstellung zeigt den Wiedereintritt von SHEFEX II in die Erdatmosphäre. An der Spitze von SHEFEX II entstehen in einer Höhe zwischen 100 und 20 Kilometern durch Geschwindigkeiten von fast drei Kilometern pro Sekunde extrem hohe Temperaturen.
Flugführung (Guidance ) und Regelung (Control) sind kritische Subsysteme für den Erfolg und die Zuverlässigkeit von Raumfahrtmissionen. Dies gilt insbesondere für Missionen mit (Wieder-)Eintritt, Landeanflug und Landung auf der Erde oder anderen Himmelskörpern. Das Raumfahrzeug durchläuft dabei mehrere Flugphasen und Geschwindigkeitsbereiche, in denen unterschiedliche, teils mehrstufige, Führungs- und Regelungssysteme benötigt werden. Dabei müssen Einschränkungen der Flugbahn aufgrund von Fahrzeugeigenschaften und Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden. Die Konzeption und Umsetzung eines solchen G&C Systems erfordert eine detaillierte Analyse der Wechselwirkungen zwischen dem Raumfahrzeug, den unterschiedlichen Flugumgebungen und den Steuerungsalgorithmen.
In den vergangenen Jahren wurden in verschiedenen Projekten G&C Systeme für den Eintritt in die Erd- und Marsatmosphäre, den Landeanflug auf den Mond, und die terminale vertikale Landung entwickelt. Dabei kommen gleichermaßen klassische und moderne Entwurfsmethoden zum Einsatz. Ein besonderer Entwicklungsschwerpunkt sind Führungssysteme, die dazu in der Lage sind Trajektorien und Steuerkommandos in Echtzeit zu optimieren. Dies ermöglicht ein hoch adaptives System mit größtmöglichem Wirkungsraum, bei zugleich optimalem Leistungsvermögen. Dies wird ermöglicht durch die direkte Berücksichtigung von Beschränkungen der Stellglieder und der Zustände innerhalb des Regelgesetzes. Diese Fähigkeit ist unabdingbar für Systeme die unter unterschiedlichsten, und zum Teil unvorhersehbaren, Bedingungen autonom zuverlässig operieren sollen. Einige dieser Methoden werden für die Mission ReFEx verwendet, welche im DLR entwickelt wird und 2019 starten soll.
Zum Test von G&C Systemen für vertikales Starten und Landen entwickelt die Abteilung Navigations- und Regelungssysteme den Landedemonstrator EAGLE (Environment for Autonomous GNC Landing Experiments) und eine dazugehörigen Teststand. In dieser sicheren Flugumgebung können G&C Algorithmen mit kurzem Vorlauf und in schneller Iteration auf getestet werden. Dies beinhaltet das Profiling der G&C Software auf dem Onboard Echtzeitsystem.
