Dinâmica orbital e controle de orientação de um veículo espacial com uma vela solar composta / Orbital dynamics and attitude control of a solar photon thruster spacecraft

AUTOR(ES)

Maria Cecilia Pereira de Faria

DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

Neste trabalho foi realizado um estudo das propriedades dinâmicas de um sistema propulsor que utiliza radiação solar. Foram desenvolvidos modelos de força e torque para dois esquemas de tais velas: velas solares compostas simples (SSPT) e velas solares compostas de dupla reflexão (DR SPT). O estudo deste tipo de estrutura foi feito a partir de uma revisão dos modelos propostos e de conceitos básicos, como pressão de radiação solar, equações de movimento orbital e de atitude, e controle. A partir destes conceitos, expressões para força e torques atuantes nas velas compostas foram deduzidas, considerando reflexões não ideais. O movimento de atitude de uma vela solar composta simples foi estudado, e a partir da suas equações, as condições de estabilidade foram avaliadas, assim como métodos para estabilizar o eixo de rolamento. Também é apresentando o controle de atitude de tal vela. Para considerar efeitos de reflexões múltiplas, sombra, desalinhamento em relação à condição nominal de operação e irregularidades na superfície da vela foram desenvolvidos modelos numéricos. Por este motivo, foram desenvolvidos modelos numéricos para as velas solares compostas, tanto simples como de dupla reflexão. As circunstâncias citadas foram avaliadas, sendo que não são particularmente prejudiciais ao funcionamento da vela composta simples. As velas solares compostas de dupla reflexão, no entanto, mostraram-se menos robustas quando operando em condições diferentes das nominais, o que dificulta ou até inviabiliza seu uso em missões. Foram realizadas simulações de missões para Marte e Vênus a fim de comparar os desempenhos das velas solares compostas simples com resultados obtidos com a vela plana. Resultados mostram que para a maior parte das geometrias da SSPT, esta configuração é mais eficiente do que uma vela solar plana. Ainda, seu controle demanda menos recursos por não precisar gerar toda a estrutura da vela.

ASSUNTO(S)

vela solar dinâmica orbital atitude controle baixo empuxo solar sail orbital dynamics attitude control low thrust

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