Manobras orbitais combinadas com uso de propulsão impulsiva e passagem por um corpo intermediário

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Alessandra Ferraz da Silva Ferreira
• Orientador(a): Antônio Fernando Bertachini de Almeida Prado, Othon Cabo Winter
• Banca de defesa: Vivian Martins Gomes, Jorge Kennety Silva Formiga
• 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: This research presents a study about the orbital maneuvers that can be performed with the use of impulsive propulsion and an intermediary passage by a celestial body. Two main options are considered: i) a ${''}$powered Swing-By${''}$, that consists in a passage by a celestial body combined with the application of an impulse in the spacecraft, and ii) the ${''}$tethered Swing-By${''}$ maneuvers, where the rotation of the velocity vector is obtained through a system that connects the spacecraft to a celestial body, using a cable. Both maneuvers generate modifications in the trajectory of the spacecraft. The main goal is fuel economy in space mission. The ${''}$powered Swing-By${''}$ has already been studied in the literature, and an extension to consider a system whose orbits of the primaries are elliptical around a common center of mass is made here. The results show that applying an impulse in different directions and points of the trajectory, combined with the gravitational part of the maneuver, optimize the energy gain or loss of the spacecraft. The ${''}$tethered Swing-By${''}$ maneuver is the combination of the standard Swing-by with the slingshot effect generated by a tether attached to the surface of a body with the spacecraft at the other end. It is assumed that the structure of the tether is already fixed in the body, in an equilibrium point, ready to receive the spacecraft. The equilibrium conditions, stability and force to allocate the tether, are presented for different systems with regular and irregular forms. The motivation of this work is to collaborate in studies to send a spacecraft to an asteroid, inspired by the ASTER mission, which is a mission proposed by several Brazilian institutions and under study at this moment. At this stage, the spacecraft should use a passage by the Moon to increase its energy, so the possibilities studied here can be considered for the mission, in particular the ${''}$powered Swing-By${''}$.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2017/02.06.14.15

Este trabalho apresenta um estudo sobre manobras orbitais que possam ser realizadas com o uso de propulsão impulsiva e de uma passagem por um corpo celeste intermediário. Duas principais opções são consideradas: i) um ${''}$Swing-By propulsado${''}$, que consiste em uma passagem por um corpo celeste combinada com a aplicação de um impulso no veículo espacial, e ii) manobras de ${''}$Swing-By assistidas por cabo${''}$, aonde o giro do vetor velocidade é obtido através de um sistema que liga o veículo espacial a um corpo celeste através do uso de um cabo. Ambas as manobras provocam modificação na trajetória do veículo espacial. O objetivo principal é a economia de combustível na missão espacial. O ${''}$Swing-By propulsado${''}$ já foi estudado na literatura, e aqui é realizada uma extensão para considerar um sistema cuja órbita dos primários seja elíptica em torno de um centro de massa comum. Os resultados mostram que aplicar um impulso em diferentes direções e pontos da trajetória, trabalhando em conjunto com a parte gravitacional da manobra, otimiza o ganho ou perda de energia do veículo espacial. A manobra de ${''}$Swing-By assistida por cabo${''}$ é a combinação do ${''}$Swing-By puro${''}$ com o efeito catapulta que um tether fixado na superfície de um corpo, com o veículo espacial preso na outra extremidade, pode causar. É suposto que a estrutura do tether já está fixada no corpo, em um ponto de equilíbrio, preparado para receber o veículo. As condições de equilíbrio, estabilidade e força para alocar o tether será apresentada para diferentes sistemas de corpos, com formas regulares e irregulares. A motivação do presente trabalho é colaborar nos estudos para o envio de um veículo espacial a um asteroide, inspirado na missão ASTER, que é uma missão proposta por diversas instituições brasileiras e em fase de estudos. Nessa etapa o veículo deverá se utilizar de uma passagem pela Lua para aumentar sua energia. Sendo assim, as possibilidades aqui estudadas podem ser consideradas pela missão, em particular o ${''}$Swing-By Propulsado${''}$.