[AR] Re: SpaceX landings (was Re: SpaceX Single Stage to Orbit -wings)

  • From: "Ian M. Garcia" <ian@xxxxxxxxxxxxx>
  • To: "arocket@xxxxxxxxxxxxx" <arocket@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Tue, 18 Jun 2019 21:51:38 +0000

Sweet! Thanks for responding. I'll look into it and comment here if I find 
something.

--
Ian M Garcia



From: Craig Fink
Sent: Monday, June 17, 6:12 PM
Subject: [AR] Re: SpaceX landings (was Re: SpaceX Single Stage to Orbit -wings)
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx


Ian,

I'm not surprised you haven't been able to find any papers using my name, I've 
never written one for AIAA or NTRS. But, I would be surprised if someone has 
not written a paper on it or came up with a very similar algorithm.  You might 
want to look at NASA JSC Transmittal Memos, TM-#######. Last I heard, JSC 
Library has them all.

Boost Iterative Guidance (BIG), was named more for the acronym BIG, and the 
words fit the acronym. The Guidance Algorithm is much more extensible than just 
a closed loop guidance during the boost phase of a rocket. Last time I heard 
about where this Algorithm was going, it had been adapted to fly Space Shuttle 
Second Stage, Space Shuttle East Coast Aborts, On-Orbit and Entry and Landing. 
None of these actually implemented in the Shuttle far as I know. I'm sure that 
someone else probably has written it up in the past 25 years.

BIG, was more of a jab at the Rocket Scientist who wrote the stripped down 
6-DOF simulation that he called SIMP. SIMP was a full blown, but stripped down 
6-DOF simulation that was small, compact and ran really fast. Two Pages of Code 
with no comments. He named it SIMP, so when I wrapped a Guidance Algorithm 
around it, the obvious choice to name it was BIG containing SIMP.

For the Space Shuttle, we had a high fidelity simulation of the vehicle called 
SVDS. Along with being a simulation, it also had the actual Flight Software 
coded within it, coded in parallel with the Space Shuttle Orbiter. So, I could 
code BIG as a subroutine within the flight software contained within the high 
fidelity simulation SVDS. SVDS would take hours to run on a Mainframe, SIMP 
almost no time. Really, having a 6-DOF simulation On-Board any Vehicle is a 
really good idea on so many levels.

So, the keywords that you might want to search on for a guidance algorithm 
might be, 6-dof simulation, constrained optimization, adaptive self tuning gains

Constrained Optimization, understanding constraints along the path your vehicle 
is trying to fly. For the Space Shuttle first stage constraints include Dynamic 
Pressure as a function of Mach number, DynamicPressure * AngleOfAttack 
(Q-Alpha) Loads corridor, Q-Beta loads corridor, AngleOfAttack heating limits. 
Second Stage, Entry may have a different set of Constraints...

Steering Algorithm, In the case of the Space Shuttle, the simulation SIMP has 
to have a corresponding steering algorithm that controls the flight through the 
constraints. In first stage Space Shuttle, these include things like Initial 
pitch over angle after attitude hold at liftoff (controls Dynamic Pressure), 
Pitch rate blending into Q-Alpha steering, blending into Alpha steering.

Targets, where Guidance is taking the vehicle. In the Space Shuttles case, 
first stage targets having a smooth transition to PEG guidance, no large 
transient at staging yields great results. It could just have easily been 
something like the Falcon 9 staging target like the impact point is the 
Autonomous Drone Ship.

--
Craig Fink
WeBeGood@xxxxxxxxx


On Mon, Jun 10, 2019 at 8:27 AM Ian M. Garcia 
<ian@xxxxxxxxxxxxx<mailto:ian@xxxxxxxxxxxxx>> wrote:
Craig,

This algorithm sounds very interesting. Are there any papers about it? Does it 
have good convergence properties, at least comparable to popular 
exo-atmospheric guidance algorithms? I could not find any papers in AIAA or 
NTRS under your name or Boost Iterative Guidance.

Cheers,
Ian
--
Ian M Garcia

From: arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx<mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx
<arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx<mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx>> on behalf 
of Craig Fink <webegood@xxxxxxxxx<mailto:webegood@xxxxxxxxx>>
Sent: Sunday, June 9, 2019 1:15:24 PM
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx<mailto:arocket@xxxxxxxxxxxxx>
Subject: [AR] Re: SpaceX landings (was Re: SpaceX Single Stage to Orbit -wings)

When I worked on the Space Shuttle GN&C, I wrote a closed loop first stage 
guidance algorithm that was small enough and fast enough to fit on the 
Orbiter's tiny computers. Just upload the measured wind on the day of launch 
and it would do the rest. Really nice algorithm that was never implemented 
named BIG, Boost Iterative Guidance. When I was done, it flew beautiful 
trajectory right down the center of the loads corridor and hitting the SRB 
separation targets every time. At the end of the project I decided to see if I 
need to add anything for the Engine Out Case, so I ran various engine out cases 
without telling the Flight Software that an engine had fail. The closed loop 
first stage guidance handled every engine out better than the actual flight 
software. Instantly pitching up, within the load/heating  constraints and 
hitting the staging targets better than the actual FSW. That's what a closed 
loop guidance is supposed to do.

There is nothing stopping SpaceX, if they haven't already done so, from doing 
something similar with it's landing guidance. If the center engine fails during 
the landing burn, I can easily imagine making a safe landing with two side 
engines running with the right guidance algorithm. Or, even landing with one 
side engine running, that would be a fun one.

--
Craig Fink
WeBeGood@xxxxxxxxx


On Sat, Jun 8, 2019 at 8:01 PM Henry Spencer 
<hspencer@xxxxxxxxxxxxx<mailto:hspencer@xxxxxxxxxxxxx>> wrote:
On Thu, 6 Jun 2019, Craig Fink wrote:

... It's more efficient to make the corrections early than wait until
the last second.

Assuming you have the necessary information early.  And that it's right,
and stays right.  And that no unexpected complications prevent early
corrections.  The Apollo 11 lunar landing wasn't *supposed* to need all
that last-minute maneuvering -- the pilot was supposed to see where he was
going, do the corrections early, and then just let the computer fly the LM
down the efficient nominal descent path -- but it didn't work out that
way...

"It's more efficient", so long as nothing goes wrong; if something does,
well, it can rather spectacularly fail to be efficient.

Henry






Other related posts: