Adrien GrynagierPrinciple, control design and application of an electrostatic pulsed actuator to drag-free inertial systems | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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ISBN: | 978-3-8440-3586-5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Series: | Fortschrittsberichte des Instituts für Flugmechanik und Flugregelung Herausgeber: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Walter Fichter Stuttgart | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volume: | 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Keywords: | drag-free; gradiometer; space-borne; formation flying; data analysis; power spectral density; gap filling; drift mode; pulse; capacitive actuator; pathfinder; LISA; geodesie | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Type of publication: | Thesis | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Language: | English | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pages: | 178 pages | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Figures: | 160 figures | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Weight: | 263 g | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Format: | 24 x 17 cm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Binding: | Paperback | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Price: | 48,80 € / 61,00 SFr | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Published: | September 2015 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Buy: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.2370/9783844035865 (Online document) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Abstract: | 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. |