Simulação de manobras aeroassistidas de um veículo espacial controlado por placas aerodinâmicas reguláveis e sistema propulsivo

• Ano de defesa: 2011
• Autor(a) principal: Willer Gomes dos Santos
• Orientador(a): Evandro Marconi Rocco, Valdemir Carrara
• Banca de defesa: Hélio Koiti Kuga, Ana Paula Marins Chiaradia
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Mecânica Espacial e Controle
• País: BR
• Resumo em Inglês: In several missions of spacecraft, it is necessary to perform an orbital maneuver. The fulfillment of this action has several purposes, such as the need to transfer a vehicle from an initial parking orbit to a final orbit, conducting rendezvous or correction of the orbital elements due to orbit perturbations. The aeroassisted maneuvers use atmospheric forces to change the trajectory and velocity of a spacecraft. Several studies in this area showed that a significant reduction in fuel can be achieved rather than the transfer fully propulsive. This study aimed to simulated aeroassisted maneuvers and analyzes the advantages and disadvantages with respect to a propulsive maneuver. It was used a cubic body vehicle composed by adjustable rectangular plates, in other words, be able to change its angle with respect to the molecular flow. This new approach allows you to change the aerodynamic forces during atmospheric passage and assessing their effects on orbital elements and in the control system of the vehicle. This paper presents simulations of: aeroassisted transfers to reduce the semi-major axis or change the orbit inclination; transfers with and without the application of propulsive jets to correct the decrease in perigee altitude, analysis of the variation of the aerodynamic angles in an aeroassisted transfer; control the attack angle of the aerodynamic plates to maintain a given atmospheric force constant and synergetic maneuvers. Analysis showed that, in general, the aeroassisted maneuvers are more advantageous in terms of fuel economy than the fully propulsive maneuvers. In some cases, the synergetic maneuvers may become an interesting option for the analyst's mission. It was also concluded that use of the control system closed loop was critical to the success of the simulations, without which it would not be possible to eliminate the residual errors in the trajectory as efficiently.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2011/01.26.16.55

Em diversas missões de veículos espaciais, faz-se necessário a realização de uma manobra orbital. O cumprimento dessa ação possui vários propósitos, como a necessidade da transferência de um veículo de uma órbita estacionária inicial para uma órbita final, a realização de \textit{rendezvous} ou a correção dos elementos orbitais devido às perturbações de órbita. As manobras aeroassistidas utilizam forças atmosféricas para modificar a trajetória e velocidade de um veículo espacial. Diversos trabalhos nessa área mostraram que uma significativa redução de combustível pode ser alcançada utilizando manobras aeroassistidas ao invés da transferência totalmente propulsiva. Este trabalho propõe-se a simular manobras aeroassistidas e analisar as vantagens e desvantagens com relação a uma manobra propulsiva. É adotado um veículo de corpo cúbico composto por placas retangulares reguláveis, capazes de alterar o ângulo de inclinação com relação ao fluxo de moléculas. Essa nova abordagem permite alterar as forças aerodinâmicas sofridas pelo veículo, durante a passagem pela região atmosférica e assim avaliar seus efeitos nos elementos orbitais e no sistema de controle do veículo. Este trabalho apresenta as seguintes simulações: transferências aeroassistidas para reduzir o semi-eixo maior ou alterar a inclinação da órbita; transferências com e sem a aplicação de jatos propulsivos para corrigir o decaimento da altitude do perigeu; análise da variação dos ângulos aerodinâmicos em uma transferência aeroassistida; controle do ângulo de ataque das placas aerodinâmicas a fim de manter uma dada força atmosférica constante e manobras sinergéticas. As análises indicam que, de forma geral, as manobras aeroassistidas se mostram mais vantajosas em termos de economia de combustível do que as manobras totalmente propulsivas. Em alguns casos, as manobras sinergéticas podem se tornar uma interessante opção para o analista da missão. Conclui-se também que a utilização do sistema de controle de trajetória em malha fechada é fundamental para o sucesso das simulações, sem o qual não será possível eliminar os erros residuais na trajetória de forma tão eficiente.