Refining Lunar Trajectory Design: Software enhancement in the 'To The Moon' module of the CTK Platform

Abstract

ABSTRACT : In the current context, marked by a growing interest from new countries in space missions and increased participation from both public and private institutions, Continuum Space Systems is a company that provides space navigation tools for entities in the aerospace sector. In response to this dynamic landscape, which sees a rising interest from new players in conducting space missions, particularly directed towards the Moon, this work focuses on direct lunar transfer, which has been used so frequently in lunar missions from Earth, specifically concentrating on departures where the satellite already has an initial lunar transfer impulse provided by an external source such as a launcher. The development and methodology for integrating this capability into Continuum's CTK platform are described. Using GMAT, an initial prototype mission model was generated, employing strategies such as pointing using the B-plane and optimizing the total delta-V in the lunar injection maneuver. The results show consistency with reference data using the same departure method (between 0.6 - 1 km/s of delta-V), and reveal a correlation between the departure date and the arrival inclination with respect to the lunar equator, where higher inclination angles imply lower required delta-V, reflecting appropriate behavior of the results. Additionally, improvements were made to the "To The Moon" module of CTK, providing informative messages for better understanding and analysis of the results, benefiting the platform's users. This study contributes to the advancement of the "To The Moon" module and expands the possibilities of CTK usage, with direct lunar transfer being a conventional method widely used to reach the Moon.

RESUMEN : En el contexto actual, marcado por un creciente interés de nuevos países en misiones espaciales y una mayor participación tanto de instituciones públicas como privadas, Continuum Space Systems es una compañía que brinda herramientas de navegación espacial para entidades del sector aeroespacial. En respuesta a este panorama dinámico, donde se observa un interés en ascenso por parte de nuevos actores en la realización de misiones espaciales, especialmente dirigidas hacia la Luna, este trabajo se enfoca en la transferencia lunar directa, un método ampliamente usado para alcanzar la Luna desde la Tierra, centrándose específicamente en las salidas donde el satélite ya tiene un impulso inicial de transferencia lunar, proporcionado por una fuente externa como un lanzador. Se describe el desarrollo y la metodología para integrar esta capacidad en la plataforma CTK de Continuum. Empleando GMAT, se generó un modelo inicial de prototipo de misión, empleando estrategias como el apuntamiento usando el B-plane y la optimización del delta-V total en la maniobra de inyección lunar. Los resultados muestran consistencia con datos de referencia utilizando el mismo método de salida (entre 0.6 - 1 km/s de delta-V), y revelan una correlación entre la fecha de salida y la inclinación de llegada respecto al ecuador lunar, donde ángulos de inclinación mayores implican menor delta V requerido, lo que refleja un comportamiento adecuado de los resultados. Además, se realizaron mejoras en el módulo "To The Moon" de CTK, proporcionando mensajes informativos para una mejor comprensión y análisis de los resultados, en beneficio de los usuarios de la plataforma. Este estudio contribuye al avance en el módulo "To The Moon" y amplía las posibilidades de uso de CTK, siendo la transferencia lunar directa un método convencional utilizado para alcanzar la Luna ampliamente.