Busca de órbitas em torno de sistemas com baixa razão de massa

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Marina Pires de Oliveira Cavalca
• Orientador(a): Antonio Fernando Bertachini de Almeida Prado, Vivian Martins Gomes
• Banca de defesa: Diogo Merguizo Sanchez, Denilson Paulo Souza dos Santos
• Tipo de documento: Dissertação
• 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: In recent decades, there has been a growing interest in missions to Mars and to ${''}$small bodies${''}$. Interesting examples of small bodies are the moons of Mars, Phobos and Deimos; the asteroid Pallas, one of the largest asteroids in the Solar System; and the triple asteroid 2001SN$_{263}$, the possible target of the first Brazilian deep space exploration mission. In this work, it is proposed to perform a numerical investigation of natural orbits that can be used by a spacecraft to investigate the moons of Mars, the possible moon of Pallas, and Beta and Gamma bodies of the triple asteroid 2001SN$_{263}$. However, in some systems, the moons may not have enough mass to keep the orbits around them, even highly disturbed ones. The sphere of influence of these bodies lies below or just above their surfaces. This occurs with the moons of Mars and Pallas. Orbits around those moons using control devices may require heavy fuel consumptions, which is a big problem for most missions. To solve this question, it is possible to use some special orbits that exist in the restricted three-body problem mathematical model, which are called ${''}$Quasi Satellite Orbits${''}$ (QSO). These orbits are dominated by the gravity of the largest to it, but use the small perturbation of the moon to keep the spacecraft close. Thus, in this study, this type of orbit is used to observe the Martian moons, Phobos and Deimos, and also the possible moon of Pallas. The results showed orbits that are capable of making the spacecraft stay at distances of about 25-200 km from the moons of Mars, and 20-100 km from the moon of Pallas. The triple asteroid 2001SN$_{263}$ has bodies with masses sufficient to allow orbits around its moons. These orbits can also be studied by the three-body problem. The results showed orbits capable of keeping the spacecraft at distances of 500 m from the moons. To select the most interesting orbits in each system, a new criterion is used, which is to minimize the average distance of the spacecraft-moon for a given time. Each trajectory can be identified by the initial conditions of the spacecraft relative to the moon, its initial position and velocity. For the dynamics, in addition to the restricted three-body problem, it is also considered the influence of the solar radiation pressure, which is dependent on the initial angular position of the Sun. Some systems may be sensitive to this factor, if the spacecrafts have high values for the area-mass ratio. Finally, several families of orbits have been found for moons of each system, with particular characteristics such as: greater or smaller variations in the distance between the spacecraft and the moon, regular spatial distribution or concentrations in certain regions of space, changes in patterns, among others.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2017/02.07.17.16

Nas últimas décadas, houve um crescente interesse em missões a Marte e a ${"]$pequenos corpos${"]$. Como interessantes exemplos de pequenos corpos têm-se as luas de Marte, Fobos e Deimos, o asteroide Pallas, um dos maiores asteroides do Sistema Solar e o asteroide triplo 2001SN$_{263}$, possível alvo da primeira missão brasileira de exploração em espaço profundo. Neste trabalho, propõe-se fazer uma investigação numérica em busca de órbitas naturais que possam ser utilizadas por um veículo espacial para explorar as luas de Marte, a provável lua de Pallas e os corpos Beta e Gama do asteroide triplo 2001SN$_{263}$. No entanto, em alguns sistemas, as luas podem não ter massa suficiente para manter órbitas a sua volta, mesmo as muito perturbadas. A esfera de influência desses corpos se encontra abaixo ou logo acima de sua superfície. Isso ocorre com as luas de Marte e com a lua de Pallas. Órbitas em torno dessas luas usando dispositivos de controle podem exigir grande consumo de combustível, que é um grande problema para a maioria das missões. Para resolver esta questão é possível usar algumas órbitas especiais que existem no modelo do problema restrito de três corpos, que são chamadas de "Quasi-Satellite Orbits" (QSO). Elas são dominadas pela gravidade do corpo de maior massa do sistema, mas usam a pequena perturbação da lua para manter o veículo espacial por perto. Deste modo, este estudo utiliza-se deste tipo de órbita para observar as luas marcianas, Fobos e Deimos, e também a provável lua de Pallas. Os resultados apresentaram órbitas que são capazes de fazer com que o veículo espacial permaneça a distâncias da ordem de 25-200 km das luas de Marte, e de 20-100 km da lua de Pallas, por um intervalo de tempo de 30 dias. Já o asteroide triplo 2001SN$_{263}$, apresenta corpos com massas suficientes para para permitir órbitas ao redor de suas luas. Estas órbitas também podem ser estudas pelo problema de três corpos. Os resultados apresentaram órbitas capazes de manter o veículo espacial a distâncias de 500 m das luas por um intervalo de tempo de 30 dias. Para selecionar as órbitas mais interessantes em cada sistema, utiliza-se um novo critério, que é o da minimização da distância média do veículo espacial-lua para um dado tempo. Cada trajetória pode ser identificada pelas condições iniciais do veículo espacial em relação à lua, sua posição inicial e a velocidade. Para a dinâmica, além do problema restrito de três corpos, também é considerada a influência da pressão da radiação solar, que é dependente da posição angular inicial do Sol. Alguns sistemas, podem ser sensíveis a este fator ou os veículos espaciais podem ter valores altos para a relação área-massa. Por fim, várias famílias de órbitas foram encontradas para as luas de cada sistema, com características particulares, como: maiores ou menores variações na distância entre o veículo espacial e a lua, distribuição espacial regular ou concentrações em determinadas regiões do espaço, mudanças de padrões entre outros.