Busca de órbitas naturais para observar sistemas múltiplos de asteroides

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Bruna Yukiko Pinheiro Lopes Masago
• Orientador(a): Antônio Fernando Bertachini de Almeida Prado, Ana Paula Marins Chiaradia
• Banca de defesa: Jorge Kennety Silva Formiga, Rosana Aparecida Nogueira de Araújo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Mecânica Espacial e Controle
• País: BR
• Resumo em Inglês: Space missions to small bodies of the Solar System are important for improving our knowledge about the Universe. Normally, these bodies do not have well-known characteristics, such as their gravity field, shape, size and mass, which makes planning a mission a difficult task. The present work has the objective of searching for natural orbits, that is, those that did not use any orbital maneuver, around multiple asteroid systems. The triple systems 2001SN263, (45) Eugenia, and the double system 2002CE26 were chosen. When choosing the trajectory of a space vehicle, the evolution of the distances between the vehicle and the bodies that compose the system are measured, because they are important for the quality of the observations. Thus, this work has the main objective of searching for orbits that allow the space vehicle to remain as long as possible near the bodies that compose the asteroid system, without the use of orbital maneuvers. We used the models that were considered to be the most suitable for each asteroid system, considering the effects of radiation pressure and the non sphericity of the bodies. Natural orbits are useful for a mission, and can be used individually or combined by maneuvers. Three main points were considered. The first is the inclusion of solar radiation pressure in mathematical models. The results show that natural orbits to explore the three bodies are not common, but some orbits have significant observation times. On the other hand, orbits that are suitable for the exploration of Alpha and Gamma are easily found, as well as orbits that already start as a Beta satellite at the initial moment of the simulation. The second is the importance of inaccuracies in the estimation of the physical data of the bodies of the systems 2001SN263 and 2002CE26, where it is assumed that the mass of the central body is supplied, leaving the analysis of the errors for the masses of the secondary bodies. This task is essential because there are great uncertainties in these values. In particular, trajectories that present well-distributed observation times in all cases by varying these physical parameters are very important because they can be used as initial parking orbits for the spacecraft. From these orbits, the vehicle can make more detailed observations of the system and more accurately estimate the sizes and masses of the asteroids, thus allowing the choice of other options for the space vehicle orbit. The most important aspect is to find orbits that have observation times for all scenarios of inaccuracies considered. The results show the existence of several orbits that meet this criterion. The third point to be considered is the asteroid flattening variation of the double system 2002CE26. This analysis is motivated because the flatness of the central body is unknown. It is observed that some orbits present an improvement in the time of observation, while others did not obtain significant variations.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2018/07.06.13.45

As missões espaciais destinadas a pequenos corpos do Sistema Solar são importantes para aperfeiçoar o nosso conhecimento sobre o Universo. Normalmente, esses corpos não possuem características bem conhecidas, como seu campo de gravidade, forma, tamanho e massa, o que torna o planejamento de uma missão uma tarefa difícil. O presente trabalho tem como objetivo a busca de órbitas naturais, ou seja, aquelas que não utilizaram nenhuma manobra orbital, ao redor de asteroides múltiplos. Foram escolhidos os sistemas triplos 2001SN263, (45) Eugenia, e o sistema duplo 2002CE26. Ao escolher a trajetória de um veículo espacial, a evolução das distâncias entre o veículo e os corpos que compõem o sistema é primordial, pois influencia na qualidade das observações. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo principal a busca de órbitas que permitam que o veículo espacial permaneça o maior tempo possível próximo aos corpos que compõem o sistema de asteroides, sem o uso de manobras orbitais. Foram utilizados os modelos que foram avaliados como mais adequados para cada sistema de asteroides, considerando os efeitos da pressão da radiação e a não esfericidade dos corpos. As órbitas naturais encontradas são úteis para uma missão, e podem ser usadas individualmente ou combinadas por manobras. Três pontos foram considerados. O primeiro é a inclusão da pressão da radiação solar nos modelos matemáticos. Os resultados mostram que órbitas naturais para explorar os três corpos não são comuns, mas algumas órbitas apresentam tempos de observação significativos. Por outro lado, órbitas que são adequadas para a exploração de Alpha e Gama são facilmente encontradas, bem como órbitas que já iniciam como satélite de Beta no instante inicial da simulação. O segundo é a importância das imprecisões na estimação dos dados físicos dos corpos dos sistemas 2001SN263 e 2002CE26, onde é assumido que a massa do corpo central é fornecida, deixando a análise das imprecisões para as massas dos corpos secundários. Esta tarefa é essencial, porque há grandes incertezas nesses valores. Em particular, trajetórias que apresentam tempos de observação bem distribuídos em todos os casos ao variar esses parâmetros físicos são muito importantes, porque podem ser usadas como órbitas de estacionamento iniciais para o veículo espacial. A partir dessas órbitas, o veículo pode fazer observações mais detalhadas do sistema e fazer uma estimativa mais precisa dos tamanhos e massas dos asteroides, permitindo assim a escolha de outras opções para a órbita do veículo espacial. O aspecto mais importante é encontrar órbitas que tenham tempos de observação para todos os cenários de imprecisões considerados. Os resultados mostram a existência de várias órbitas que atendem a este critério. O terceiro ponto a ser considerado é a variação do achatamento dos asteroides do sistema duplo 2002CE26. Essa análise é motivada devido ao valor do achatamento do corpo central ser desconhecido. Observa-se que algumas órbitas apresentam uma melhora no tempo de observação, enquanto que outras não obtiveram variações significativas.