ScuoladiIngegneria
CorsodiLaureainIngegneriaInformatica
Algoritmi di
ottimizzazione globale
per la pianificazione di
traiettorie spaziali
Candidato: Tommaso Aldinucci
Relatore: Prof. Fabio Schoen
28aprile2017
Algoritmidiottimizzazioneglobale
perlapianificazioneditraiettoriespaziali
Leggi fisiche per il calcolo di traiettorie interplanetarie
•
Principalmente leggi della meccanica e della gravitazione universale
•
Attenzione alle condizioni imposte dalla relatività generale
Valide se
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Algoritmidiottimizzazioneglobale
perlapianificazioneditraiettoriespaziali
Elementi fondamentali del problema
•
Arco di Lambert e leg
•
Manovra in spazio profondo (DSM)
•
Manovra a gravità assistita (flyby)
SATURN ORBIT INSERTION
1 JUL 2004
VENUS 1 FLYBY
26 APR 1998
VENUS 2 FLYBY
24 JUN 1999
SATURN’S ORBIT
29.1 YEARS
JUPITER’S ORBIT
11.8 YEARS
SUN
VENUS
TARGETING
MANEUVER
3 DEC 1998
LAUNCH
15 OCT 1997
EARTH FLYBY
18 AUG 1999
JUPITER
FLYBY
30 DEC 2000
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Algoritmidiottimizzazioneglobale
perlapianificazioneditraiettoriespaziali
Modello MGA - 1DSM
sequenza di corpi celesti
•
•
Possibilità di più manovre a gravità assistita
•
Una sola manovra in spazio profondo per ogni leg
Obiettivo
•
Minimizzare la variazione impulsiva di velocità totale in tutto il viaggio:
Dall’equazione del razzo di Ciolkovskij:
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Algoritmidiottimizzazioneglobale
perlapianificazioneditraiettoriespaziali
Problemi TandEM
•
Definiti dalla sequenza di pianeti da visitare
•
Modellati come problemi di tipo MGA - 1DSM
•
Sia in versione vincolata che non vincolata
Obiettivo
•
Massimizzare il carico utile per una sonda
inserita in un’orbita di Saturno
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Differential Evolution
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Particle Swarm Optimization
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Memetic Differential Evolution
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Memetic Particle Swarm
Di
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perlapianificazioneditraiettoriespaziali
PaGMO: Parallel Global Multiobjective Optimizer
•
Basata sul Generalized Island Model
•
Fornisce numerosi problemi di ottimizzazione globale secondo un modello black box
•
Disponibile un’interfaccia in Python: PyGMO
Potenzialità
•
Risoluzione di problemi: constrained, unconstrained, single e multi objective a domini
continui o mixed-int
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Algoritmidiottimizzazioneglobale
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Risultati: MDE e DE in TandEM variante 7 vincolata
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Algoritmidiottimizzazioneglobale
perlapianificazioneditraiettoriespaziali
Risultati: MDE e DE in TandEM variante 7 vincolata
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Algoritmidiottimizzazioneglobale
perlapianificazioneditraiettoriespaziali
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Algoritmidiottimizzazioneglobale
perlapianificazioneditraiettoriespaziali
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Algoritmidiottimizzazioneglobale
perlapianificazioneditraiettoriespaziali
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Algoritmidiottimizzazioneglobale
perlapianificazioneditraiettoriespaziali
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Algoritmidiottimizzazioneglobale
perlapianificazioneditraiettoriespaziali
Conclusioni
•
Impossibile definire un algoritmo “universale”
•
Strategia memetica particolarmente efficace
•
Essenziale impostare parametri adatti
Futuri sviluppi
•
Schema in due fasi: DE + MBH
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Grazie per l’attenzione
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Variante di Clerc
•
Regola di aggiornamento:
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