In interplanetary trajectory applications, it is common to design arrival trajectories based on B-plane target values. This targeting scheme, B-plane targeting, allows for specific target orbits to be obtained during mission design. A primary objective of this work was to implement B-plane targeting into the Spacecraft Trajectory Optimization Suite (STOpS). This work was based on the previous versions of STOpS done by Fitzgerald and Sheehan, however STOpS was redeveloped from MATLAB to python. This updated version of STOpS implements 3-dimensional computation, departure and arrival orbital phase modeling with patched conics, B-plane targeting, and a trajectory correction maneuver. The optimization process is done with three evolutionary algorithms implemented in an island model paradigm. The algorithms and the island model were successfully verified with known optimization functions before being used in the orbital optimization cases. While the algorithms and island model are not new to this work, they were altered in this redevelopment of STOpS to closer relate to literature. This enhanced literature relation allows for easier comprehension of the both the formulation of the schemes and the code itself. With a validated optimization scheme, STOpS is able to compute near-optimal trajectories for numerous historical missions. New mission types were also easily implemented and modeled with STOpS. A trajectory correction maneuver was shown to further optimize the trajectories end conditions, when convergence was reached. The result is a versatile optimization scheme that is highly customization to the invested user, while remaining simple for novice users.

This thesis takes a closer look at the complex maneuver known as gravity assist, a popular method of interplanetary travel. The maneuver is used to gain or lose momentum by flying by planets, which induces a speed and direction change. A simulation model is created using the General Mission Analysis Tool (GMAT), which is intended to be easily reproduced and altered to match any desired gravity assist maneuver. The validity of its results is analyzed, comparing them to available data from real missions. Some parameters, including speed and trajectory, are found to be extremely reliable. The model is then used as a tool to investigate the way that different parameters impact this complex environment, and the advantages of performing thrusting burns at different points during the maneuver are explored. According to theory, thrusting at the point of closest approach to the planet is thought to be the most efficient method for changing speed and direction of flight. However, the results from this study show that thrusting before this point can have some major advantages, depending on the desired outcome. The reason behind this is concluded to be the high sensitivity of the gravity assist maneuver to the altitude and location of the point of closest approach. / Detta examensarbete tittar närmare på den komplexa manöver inom banmekanik som kallas gravitationsassisterad manöver, vilken är vanligt förekommande vid interplanetära rymduppdrag. Manövern används för att öka eller minska farkostens rörelsemängd genom att flyga förbi nära planeter, vilket ger upphov till en förändring i fart och riktning. En simuleringsmodell är skapad i NASAs mjukvara GMAT med syftena att den ska vara reproducerbar samt möjlig att ändra för olika gravitationsassisterade manövrar. Resultaten från simuleringarna är validerade mot tillgängliga data från riktigt rymduppdrag. Vissa parametrar, som fart och position, har en väldigt bra överenstämmelse. Modellen används sedan för att noggrannare undersöka hur olika parametrar påverkar det komplexa beteendet vid en graviationsassisterad manöver, genom att specifikt titta på effekterna av en pålagd dragkraft från motorn under den gravitationsassisterade manövern. Teoretiskt fås mest effekt på fart och riktning om dragkraften från motorn läggs på vid punkten närmast planeten. Resultaten från denna studie visar att beroende på vilken parameter man vill ändra så kan man erhålla mer effekt genom att lägga på dragkraften innan den närmsta punkten. Förklaringen till detta är att den gravitationsassisterade manövern är väldigt icke-linjär, så en tidigare pålagd dragkraft kan kraftigt förändra farkostens bana nära planeten, så att farkosten t.ex. kommer närmare och då påverkas mer.