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Looking to the Future: A Call to Action for Advanced GNC Algorithm Verification and Validation

Bennani, Samir und Girouart, Benedicte und Casasco, Massimo und Oddenino, Davide und Vandersteen, Jeroen und Constant-Filaire, Geraldine und Delavault, Stephanie und Evain, Helene und Morere, Miguel und Biannic, Jean-Marc und Roos, Clement und Cumer, Christelle und Bals, Johann und Theil, Stephan und Alazard, Daniel und Sanfedino, Francesco und Dennehy, Cornelius und D'Souza, Chris und VanZwieten, Tannen und Shankar, Uday und Von Der Porten, Paul und Starr, Brett und Wolf, Aron (2024) Looking to the Future: A Call to Action for Advanced GNC Algorithm Verification and Validation. [sonstige Veröffentlichung]

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Offizielle URL: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20240003178/downloads/GNC%20VandVSummary%20NJD%20FINAL%20VERSION%2008%20Feb%202024.pdf

Kurzfassung

Future space systems will rely on autonomous Guidance, Navigation, and Control (GNC) functions to efficiently manage safe and precise self-directed operations in uncertain complex environments. Fundamentally, the GNC system plays a key role in mission performance and safety because it computes the ideal trajectory (Guidance), determines the actual trajectory (Navigation), and executes the ideal trajectory (Control) of a vehicle’s position and attitude. Our current GNC systems are highly automated and already have a high degree of complexity. As missions become more ambitious, GNC systems for launch vehicles and space platforms (e.g., spacecraft, probes, and landers) will require higher levels of performance and autonomous operation than previously encountered, for example, this includes GNC for optimizing aerodynamic and/or propulsion performance during planetary entry. This GNC Verification and Validation (V&V) paper highlights concerns with what undoubtedly will be a trend towards increased complexity as fully autonomous GNC systems are developed for future space missions. Clearly, complex GNC systems pose challenges in the prelaunch V&V phase, which is a relatively expensive part of a mission’s life cycle. Essentially the V&V phase is focused on checking that the system effectively meets all the design and operational requirements for the mission. The authors of this paper (i.e., the Inter-Agency Working Group of GNC subject matter experts) focused on this fundamental question over the past few years: Will the GNC engineering community of practice be sufficiently prepared to perform the necessary V&V on evolving GNC architectures that are driven by very demanding requirements for autonomy, resiliency, reconfigurability, adaptability, and mission cost-benefit balance? It is the viewpoint of our Inter-Agency team that the GNC V&V approaches and processes needed to address the next generation of complex GNC systems, which likely will employ various forms of modern GNC technology, are not currently established to the level the community will need in the future. While researchers and practitioners have made some progress in developing new GNC V&V methods for modern GNC systems, a good deal of work remains to be done to codify such methods in a comprehensive and systematic manner. Thus, the Inter-Agency team’s partner organizations [the National Aeronautics and Space Administration (NASA), the European Space Agency (ESA), the National Centre for Space Studies (CNES), the German Aerospace Center (DLR), the French Aerospace Lab (ONERA), and ISAE-SUPAERO] have conducted preliminary investigations into advancing GNC V&V techniques, which resulted in the identification of the need for education, new V&V tools, and benchmark problems for the GNC community. The necessary proactive steps to be taken to meet the challenges and fill the gaps in GNC V&V are summarized in this paper. The first steps include identifying advanced analysis tools, developing a GNC V&V roadmap, and expanding education and training programs for GNC practitioners. This paper is a call to action and proposes a comprehensive set of recommended actions for all our stakeholders: space agencies, researchers, and industry.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/204442/
Dokumentart:sonstige Veröffentlichung
Titel:Looking to the Future: A Call to Action for Advanced GNC Algorithm Verification and Validation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bennani, SamirSamir.Bennani (at) esa.inthttps://orcid.org/0000-0003-0282-9448NICHT SPEZIFIZIERT
Girouart, BenedicteBenedicte.Girouart (at) esa.intNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Casasco, MassimoMassimo.Casasco (at) esa.intNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Oddenino, DavideDavide.Oddenino (at) esa.intNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vandersteen, JeroenEuropean Space AgencyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Constant-Filaire, GeraldineGeraldine.Constant-Filaire (at) cnes.frNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Delavault, StephanieStephanie.Delavault (at) cnes.frNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Evain, HeleneHelene.Evain (at) cnes.frNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Morere, MiguelMiguel.Morere (at) cnes.frNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Biannic, Jean-MarcONERANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roos, ClementONERANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cumer, ChristelleONERANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bals, JohannJohann.Bals (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Theil, StephanStephan.Theil (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5346-8091160792147
Alazard, Danieldaniel.alazard (at) isae.frNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sanfedino, Francescofrancesco.sanfedino (at) isae.frNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dennehy, CorneliusNeil.Dennehy (at) jhuapl.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
D'Souza, Chrischris.dsouza-1 (at) nasa.govNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
VanZwieten, Tannentannen.vanzwieten (at) nasa.govNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shankar, UdayUday.Shankar (at) jhuapl.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Von Der Porten, Paulpaul.k.vonderporten (at) nasa.govNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Starr, Brettbrett.r.starr (at) nasa.govNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wolf, Aronaron.wolf (at) jpl.nasa.govNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 Februar 2024
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Status:veröffentlicht
Stichwörter:guidance, navigation, control, GNC, spacecraft, verification, validation
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 - Projekt CALLISTO [SY], R - Projekt ReFEx - Reusability Flight Experiment, R - ICAP - Integrated Core Avionics Plus, R - Autonome Echtzeit-Optimalsteuerung für eingebettete Systeme, R - Optische Navigation auf hybrider Avionikarchitektur
Standort: Bremen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtsysteme > Navigations- und Regelungssysteme
Hinterlegt von: Theil, Dr.-Ing. Stephan
Hinterlegt am:03 Jun 2024 08:49
Letzte Änderung:03 Jun 2024 08:49

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