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Precise orbit propagation for space debris objects using the Hermite integration scheme

Rodmann, Jens und Hampf, Daniel und Hasenohr, Thomas und Humbert, Leif und Riede, Wolfgang und Sproll, Fabian und Wagner, Paul (2017) Precise orbit propagation for space debris objects using the Hermite integration scheme. SEVENTH EUROPEAN CONFERENCE ON SPACE DEBRIS, 18.-21. Apr. 2017, Darmstadt, Deutschland.

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Kurzfassung

DLR's Institute of Technical Physics is actively developing laser-based optical tracking methods to determine 3D positions of LEO space debris objects to within a few metres. For Space Situational Awareness applications like collision avoidance or re-entry analyses, any initial high-precision orbit needs to be propagated, taking into account the various gravitational and non-gravitational forces perturbing the object's orbit. A key prerequisite for that is an accurate, fast, and versatile integration method allowing the prediction of trajectories from initial conditions. We will introduce a numerical integration technique based on the Hermite scheme, a self-starting, implicite predictor-corrector method originally developed and widely used for gravitational N-body systems. The Hermite scheme takes the acceleration and its first time derivative (also known as jerk) to predict future position and velocity vectors from previous values. The gist and beauty of the method relies on the fact that the second and third derivatives (sometimes called snap and crackle, respectively) can be explicitely calculated from the acceleration and jerk alone. These are then used iteratively to correct the object's state vector, yielding an integration method with fourth-order global error. The method can be used with constant or variable timesteps. For constant timesteps the Hermite integrator is time-symmetric, and shows no secular error in the semi-major axis and eccentricity. The code can integrate a large number of objects in parallel, with either shared or individual timesteps. This can be applied for predicting future states of a catalogue of space objects, or to propagate an object's state uncertainty (covariance) in a realistic manner. We will show first results from our orbit propagator development. The implementation of various physical models describing the gravitational and non-gravitational perturbations will be discussed.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/117680/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Precise orbit propagation for space debris objects using the Hermite integration scheme
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Rodmann, JensJens.Rodmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hampf, DanielDaniel.Hampf (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hasenohr, ThomasThomas.Hasenohr (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Humbert, Leifleif.humbert (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Riede, WolfgangWolfgang.Riede (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sproll, FabianFabian.Sproll (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, PaulPaul.Wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8882-8202NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:April 2017
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:space debris; astrodynamics; numerical integration method
Veranstaltungstitel:SEVENTH EUROPEAN CONFERENCE ON SPACE DEBRIS
Veranstaltungsort:Darmstadt, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:18.-21. Apr. 2017
Veranstalter :European Space Agency (ESA)
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Einsatz von Lasern zur Detektion von Weltraumschrott (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Physik > Aktive optische Systeme
Hinterlegt von: Rodmann, Jens
Hinterlegt am:08 Jan 2018 10:07
Letzte Änderung:29 Mär 2023 00:35

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