Optimal control in the east/west station-keeping manoeuvres for geostationary satellites

This paper addresses the optimal computation in terms of fuel consumption of the sequentially required tangential correction manoeuvres to control geostationary satellites within the longitude band. In fact, by using optimal control techniques, the Sun pointing perigee strategy (which only determines the best time of the day for the tangential manoeuvres) is formulated as a nonlinear programming problem with inequality constraints so that the proposed approach provides an optimal way to determine the remaining parameters for the station keeping, i.e., the time interval between successive corrections and the value for the eccentricity control to totally optimize the computation. Furthermore, by minimizing a cost function derived for the total manoeuvres sizes required in a year, a numerical simulation is performed to illustrate this approach. The computation shows how geostationary mission lifetimes may be extended up to half a year or more.

Resumen

En este papel se trata el cálculo óptimo en términos de consumo de fuel de las maniobras tangenciales periódicas necesarias para controlar satélites geoestacionarios dentro de la banda en longitud. En concreto, utilizando técnicas de control optimal, la estrategia perigeo hacia el Sol (que solo determina la mejor hora del día para las maniobras tangenciales) se formula como un problema de programación no lineal con constreñimientos, de tal forma que el tratamiento propuesto proporciona una forma óptima de determinar los parámetros restantes para el mantenimiento en estación, esto es, el intervalo de tiempo entre dos correciones sucesivas y el valor para el control de excentricidad para optimizar totalmente el cálculo. Además, mediante la minimización de una función de coste obtenida para todas las maniobras necesarias en un año, se realiza una simulación numérica para ilustrar esta metodología. Los cálculos muestran cómo se puede extender el tiempo de vida de una misión geostacionaria hasta medio año o más.