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Entwurf und Analyse eines prädiktiven Lenkkonzepts für Rückkehrmissionen auftriebsgestützter Raumfahrzeuge
(2004) Gräßlin, Michael H.; Messerschmid, Ernst (Prof. Dr. rer. nat.)
Entwurf und Analyse eines prädiktiven Lenkkonzepts für Rückkehrmissionen auftriebsgestützter Raumfahrzeuge: Zukünftige Raumtransportsysteme werden aus mehreren Gründen teilweise oder kom-plett wiederverwendbar sein und längerfristig die Verlustträger vom Markt verdrängen. Spricht man von Wiederverwendung stellt sich automatisch die Frage nach einem kon-trollierten Wiedereintritt in die Erdatmosphäre mit anschließender sicherer Ziellandung. Die technologischen Problemstellungen für diesen Missionsabschnitt sind vielfältig und stark interdisziplinär. Ein Teilgebiet betrifft die Flugführung des Fahrzeugs während des Wiedereintritts- und Rückkehrfluges. Die Thematik ist eine Schlüsseltechnologie für zu-künftige Raumtransportsysteme. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird am Beispiel der geplanten Rückkehrmission des Experimentalraumgleiters X-38 der NASA ein am IRS entwickeltes prädiktives und bordautonomes Lenkkonzept vorgestellt, das gegenüber klassischen Lenkansätzen, z.B. des Space Shuttle-Orbiters, Methoden der Bahnoptimierung zur bordautonomen Bahn-planung und Flugführung anwendet. Anhand eingehender Bahnanalysen wird hierzu zunächst das Leistungspotenzial des Fahrzeugs charakterisiert. Hierzu gehört auch der Rückkehrkorridor, innerhalb dessen Grenzen das Fahrzeug gelenkt werden muss, der vor allem durch aerothermodynami-sche Gesichtspunkte bestimmt wird. Es werden Möglichkeiten aufgezeigt, diesen Flug-korridor durch geeignete Flugsteuerungen und Orbitmanöver zu erweitern. Anschließend erfolgt die Umsetzung der prädiktiven und bordautonomen Lenkstrategie auf dieses Fahrzeug für mehrere Flugphasen. Neben den spezifischen Problemen in je-der Flugphase wird auch auf die Schnittstellenproblematik zwischen den Flugphasen eingegangen und es werden Lösungsansätze beschrieben. Eine ausführliche Sensitivitäts- und Robustheitsanalyse zeigt das Leistungsvermögen des Lenkverfahrens unter der An-nahme realistischer Störgrößen auf. Hierzu werden Flugsimulationen mit einem leis-tungsfähigen Flugsimulator (CREDITS) durchgeführt. Die erkannten Stärken und Schwächen werden mit einem anderen Ansatz zur Lenkung verglichen.