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48,80 €
ISBN 978-3-8440-3586-5
Paperback
178 Seiten
160 Abbildungen
263 g
24 x 17 cm
Englisch
Dissertation
September 2015
Adrien Grynagier
Principle, control design and application of an electrostatic pulsed actuator to drag-free inertial systems
This thesis explores the design of pulsed drag-free systems, in terms of experiment control and data analysis. Application cases show that beyond their feasibility, such systems could also provide with valuable scientific results.
Space-borne drag-free systems allow investigating the motion of free-falling test-masses, usually for scientific purposes. The masses are housed inside one or more spacecrafts, as part of the payload. In the concept of this thesis, the relative displacements of the test-masses are controlled by short periodic electrostatic pulses, between which an enhanced free-fall is possible by switching off the actuator. The periodic pulses cause gaps to appear in the science time-series.

First, the control-design problem is formulated for a time-periodic pulsed SISO system as a control-optimum. The setup is then extended to MIMO applications by specifying independent control coordinates for the spacecraft and the test masses.

The data analysis must process time-series with a high spectral dynamic range and periodic gaps. Algorithms based on binned spectrum densities are detailed, for spectral estimation, linear parameter estimation, and yielding unmatched results for gap-filling.

Finally the data analysis is demonstrated on three typical problems. For one the estimation of a force gradient in the LISA Technology Package, matching well the performance of the baseline experiment, which uses a continuous actuation. Then a geodesy mission using a gradiometer near Mars is studied, illustrating how the periodic gaps affect the recovery of a gravity field. Finally, the problem is adapted to LISA, and it is shown which classes of astronomical signals are affected by the periodic gaps.
Schlagwörter: drag-free; gradiometer; space-borne; formation flying; data analysis; power spectral density; gap filling; drift mode; pulse; capacitive actuator; pathfinder; LISA; geodesie
Fortschrittsberichte des Instituts für Flugmechanik und Flugregelung
Herausgegeben von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Walter Fichter, Stuttgart
Band 4
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DOI 10.2370/9783844035865
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