Guiagem, Navegação e Controle de Veículos Ví Lançadores CSE 200 Introdução a Tecnologias de Satélites Fernando Putarov fernando.putarov@gmail.com 05/2012
Software de Voo Para colocar um foguete em segurança da plataforma até órbita, é necessário um software de voo sofisticado Missão do software de voo : dirigir e controlar o veículo do solo até seu destino fora da Terra Para cumprir sua missão, o software de voo deve realizar 3 funções básicas: guiagem, g, navegação gç e controle (GNC)
Navegação Navegação é o processo de determinar a posição, velocidade e atitude do veículo no espaço É gerenciado por um dispositivo conhecido como Unidade de Medida Inercial (Inertial Measurement Unit IMU), que é uma composição de acelerômetros e girômetros
Navegação A IMU opera com princípios de estimação (dead reckoning) A partir de uma posição inicial estima se se a posição futura baseado em sua velocidade e direção
Navegação O processo de estimação não é tão simples para veículos lançadores A aceleração medida inicia um processo de integrações que determinam velocidade e posição inercial em função do tempo O processo é aparentemente simples, mas existem 4 limitações
Navegação Acelerômetros medem aceleração física, mas não medemacelerações induzidas, como por exemplo, a gravidade. Ação de mitigação : Combinar um modelo de aceleração gravitacional com as medidas
Navegação A integração da aceleração deve ser feita em um sistema sem rotação Ação de Mitigação: A IMU usa os girômetros para detectar movimentos e a plataforma é compensada utilizando motores de torque
Navegação
Navegação Acelerômetros e girômetros são propensos a erros Necessidade d de um estado td inicial i i acurado. Um erro na posição inicial, vai acarretar em erros na atitude e velocidade. Ação demitigação: Processo de calibração inicial cuidadoso
Navegação Processo de calibração O local lde lançamento deve ser cuidadosamente d mapeado. Uma vez mapeado, inicia se o processo de alinhamento. Alinhamento é o processo que determina a atitude da IMU. Pode ser fi feito por três técnicas : alinhamento óptico, nivelamento e pelo uso do girômetro
Navegação Alinhamento óptico : utiliza linhas de visada para determinar twist, pitch e yaw iniciais Nivelamento : usa o acelerômetro da IMU para detectar a direção do vetor gravidade Girômetro : utiliza se o girômetro da IMU para detectar a direção do vetor rotação da Terra
Navegação Nivelamento
Guiagem Guiagem é o processo de decidir como guiar o veículo até seu destino A guiagem deve assegurar que a trajetória percorrida será mantida apesar das mudanças no veículo e no ambiente Os esquemas de guiagem variam de acordo com o que está sendo controlado. A maior parte das missões tem 3 fases de voo: voo atmosférico, voo exo atmosférico e voo em coast
Guiagem
Guiagem Guiagem em voo atmosférico: o principal objetivo é minimizara a carga aerodinâmica e aquecimento para evitar que o veículo se parta ou queime
Guiagem Guiagem em voo exo atmosférico: procura guiar o veículo de maneira ótima para cada ponto da sua trajetória
Controle Controle é o processo de implementar os comandos de guiagem para atingir deflexões dos motores ou mudanças nas acelerações Também denominado piloto automático : mantém a atitude do veículo comandada pela guiagem O piloto automático deve atender 3 requisitos:
Controle 1 Estabilizar o veículo; 2 Assegurar uma resposta adequada aos comandos de guiagem minimizando os desvios na trajetoria; 3 Minimizar o ângulo de ataque para assegurar a integridade estrutural do veículo
Controle
Conclusão GNC é o componente que garante o sucesso de uma missão espacial il Novas arquiteturas vem sendo criadas, como por exemplo, a introdução de GPS na IMU
Bibliografia Bletsos, N.A. Launch Vehicle Guidance, Navigation and Control, Crosslink, 30 33, 33 Winter 2003 2004 Popoli, Blackman. Design and Analysis of Modern Tracking Systems. Norwood: Artech House Publishers, 1999. 1230 p.