Stationkeeping manoeuvres for geostationary satellites using feedback control techniques

In this paper we discuss the determination of the correction manoeuvres required to control geostationary satellites within a predefined space box over a place above the Earth using a feedback control technique. The control algorithm formulated here combines an accurate numerical propagator for the orbit evolution with an iterative process for the calculation of impulsive manoeuvres that gives numerical solutions convergent to the optimal values, both for the impulses to be applied and for the times of their implementations, to minimize fuel consumption. Numerical simulations are presented to illustrate this technique and to compare it with classical stationkeeping. The numerical results for this nonlinear approach show how the magnitude of the impulses can be reduced over 3 percent per year with respect to the classical approach. This means that the orbital life-time can be increased up to 5 months for a 15 years life-time mission.

ResumenEn este papel se discute la determinación de las maniobras de correción necesarias para el control de satélites geoestacionarios dentro de una ventana espacial predefinida sobre un punto de la Tierra utilizando una técnica de control feedback. El algoritmo de control aquí formulado combina un propagador numérico preciso para la evolución de la órbita con un proceso iterativo para el cálculo de las maniobras impulsivas que dan soluciones numéricas convergentes a valores óptimos, tanto para los impulsos que han de aplicarse como para los instantes de implementación, para minimizar el consumo de fuel. Se presentan simulaciones numéricas para ilustrar esta técnica y compararla con el mantenimiento en estación clásico. Los resultados numéricos de esta aproximación no lineal muestran cómo la magnitud de los impulsos puede reducirse más de un tres por ciento anual con respecto a la aproximación clásica. Esto significa que el tiempo de vida en órbita puede incrementarse hasta 5 meses para una misión prevista de 15 años.