Space mission design places a premium on cost and operational efficiency. The search for new science and life beyond Earth calls for spacecraft that can deliver scientific payloads to geologically rich yet hazardous landing sites. At the same time, the last four decades of optimization research have put a suite of powerful optimization tools at the fingertips of the controls engineer. As we enter the new decade, optimization theory, algorithms, and software tooling have reached a critical mass to start seeing serious application in space vehicle guidance and control systems. This survey paper provides a detailed overview of recent advances, successes, and promising directions for optimization-based space vehicle control. The considered applications include planetary landing, rendezvous and proximity operations, small body landing, constrained attitude reorientation, endo-atmospheric flight including ascent and reentry, and orbit transfer and injection. The primary focus is on the last ten years of progress, which have seen a veritable rise in the number of applications using three core technologies: lossless convexification, sequential convex programming, and model predictive control. The reader will come away with a well-rounded understanding of the state-of-the-art in each space vehicle control application, and will be well positioned to tackle important current open problems using convex optimization as a core technology.


翻译:探索地球以外的新科学和生命需要航天器能够向地质丰富而又危险的着陆场提供科学有效载荷。与此同时,过去四十年的优化研究已经将一套强大的优化工具放在控制工程师的指尖上。随着我们进入新的十年,优化理论、算法和软件工具已经达到一个临界质量,以开始看到在航天器指导和控制系统中的认真应用。本调查文件详细概述了基于优化的航天器控制的最新进展、成功和有希望的方向。考虑的应用包括行星着陆、会合和近距离作业、小身体着陆、约束态度调整、内空飞行(包括升入和再入)以及轨道转移和注入。主要侧重于过去十年的进展,这十年目睹了使用三种核心技术的应用数量的稳步增加:无损失的内分解、顺序的调控和模型的预测控制。读者将带着对目前各种先进技术的透彻理解,将利用各种重要的空间飞行器控制应用来解决当前的问题。

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