Spacecraft Attitude Mechanics and Control

What it is about

You will learn how the rotational motion of a spacecraft as a rigid body is described, analyzed and controlled. In the end you will be able to apply kinematic and dynamic fundamental equations, use common rotation parameters and angular velocity, and evaluate concepts for propulsion and control system design for attitude control tasks.

What you will be able to do

• Apply mathematical and physical principles to attitude control problems
• Analyze rotational kinematics and work with different attitude representations
• Define angular velocity and apply rotatory differential kinematics
• Derive Euler's rotation equations and solve them for a rigid body
• Analyze exact solutions for spontaneous rotation (triaxial, axisymmetric)
• Evaluate types of attitude control actuators, in particular momentum-exchange devices
• Formulate attitude control problems in control-theoretic and algorithmic terms
• Design and evaluate linear and nonlinear stabilization
• Formulate optimal reorientation maneuvers (e.g., time-minimal)
• Classify environmental influences (gravity gradient, aerotorque, thrust, magnet torque)

What the module consists of

• VorlesungVermittlung der theoretischen, analytischen und algorithmischen Grundlagen zur Rotationsbewegung und Lageregelung
• ÜbungenWiederholung, Diskussion und Lösung analytischer sowie numerischer Aufgaben; praktische Beispiele und Nutzung von Open-Source-Software für Missionsvisualisierung

Teaching method

• Präsentationen und TafelentwicklungErklären und Herleiten theoretischer Inhalte sowie schrittweise Entwicklung von Lösungen
• DiskussionenKlärung von Verständnisfragen und Vertiefung der Konzepte
• Analytische und numerische ÜbungsaufgabenAnwenden und Üben der Methoden; Förderung eigenständiger Problemlösung
• Einsatz von Open-Source-MissionssoftwareVisualisierung von Bahnen und Groundtracks; praktische Anwendung rechnergestützter Werkzeuge
• MoodleBereitstellung von Materialien, Übungen und Einreichungsmöglichkeiten