Une approche géométrique du contrôle optimal de l'arc atmosphérique de la navette spatiale

¹ Université de Bourgogne, LAAO, Dijon, France ; bbonnard@u-bourgogne.fr.
² Université Paris Sud, Orsay, France ; trelat@topolog.u-bourgogne.fr.

Received: 31 March 2001

Abstract

The aim of this article is to make some geometric remarks and some preliminary calculations in order to construct the optimal atmospheric arc of a spatial shuttle (problem of reentry on Earth or Mars Sample Return project). The system describing the trajectories is in dimension 6, the control is the bank angle and the cost is the total thermal flux. Moreover there are state constraints (thermal flux, normal acceleration and dynamic pressure). Our study is mainly geometric and is founded on the evaluation of the accessibility set taking into account the state constraints. We make an analysis of the extremals of the Minimum Principle in the non-constrained case, and give a version of the Minimum Principle adapted to deal with the state constraints.

Résumé

L'objectif de ce travail est de faire quelques remarques géométriques et des calculs préliminaires pour construire l'arc atmosphérique optimal d'une navette spatiale (problème de rentrée sur Terre ou programme d'exploration de Mars). Le système décrivant les trajectoires est de dimension 6, le contrôle est l'angle de gîte cinématique et le coût est l'intégrale du flux thermique. Par ailleurs il y a des contraintes sur l'état (flux thermique, accélération normale et pression dynamique). Notre étude est essentiellement géométrique et fondée sur une évaluation de l'ensemble des états accessibles en tenant compte des contraintes sur l'état. On esquisse une analyse des extrémales du Principe du Minimum dans le cas non contraint et l'on cite un Principe du Minimum adapté à analyser le problème avec contraintes sur l'état.