Fragmentação por ação aerotermodinâmica e predição da área de impacto de um veículo espacial com injeção controlada da re-entrada / Aerothermodynamically-induced fragmentation and prediction of the area of impact of a space vehicle with controlled injection of the re-entry

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

Este trabalho consiste em estudar a fragmentação por ação aerotermodinâmica durante re-entrada de um veículo espacial, com estimativa da área de impacto dos fragmentos na superfície terrestre. Inicialmente, são realizadas manobras de decaimento orbital controlado através de transferências ótimas impulsivas. Tais impulsos são aplicados no sentido contrário ao vetor velocidade do veículo, com o objetivo de desacelerar o corpo, baixando o perigeu das órbitas até atingir a altitude de re-entrada, onde inicia-se a fragmentação atmosférica. Para simular essa fragmentação, utilizou-se um modelo que incorpora condição linear de fratura de um sólido cuja tenacidade à fratura depende da força aerodinâmica e do comprimento inicial da trinca. Outro estudo é realizado vinculando a tenacidade à fratura à variação de temperatura, via módulo de Young. Para tanto, propõe-se, em caráter preliminar, uma relação direta entre estes dois parâmetros. Comparações envolvendo ambas as dependências da tenacidade à fratura são realizadas. Uma investigação analítica e numérica é conduzida a partir da dinâmica do corpo. Os resultados de tal investigação, quando comparados entre si, exibem boa concordância. Nas simulações de fragmentação, sólidos geométricos homogêneos (paralelepípedo retangular, cilindro circular reto e esfera) foram utilizados para representar as possíveis formas de um veículo espacial. O modelo de fragmentação é baseado em recente trabalho desenvolvido por A. G. Ivanov e V. A. Ryzhanskii, os quais modelam a fragmentação de um paralelepípedo considerando apenas sua área máxima exposta ao fluxo atmosférico e com as dimensões proporcionais entre si. Comparações entre os sólidos com área máxima ou mínima exposta aquele fluxo sugerem, à luz do modelo, um número respectivamente maior e/ou menor de fragmentações do sólido, conduzindo, respectivamente, a um maior e/ou menor intervalo de tempo com estimativa de maior e/ou menor área de impacto de fragmentos na superfície do planeta. O modelo é tratado em duas fases: 1) a fragmentação do sólido e 2) a separação e subsequente espalhamento dos fragmentos. A segunda fase é subdividida em: 2-a) rotação dos fragmentos em torno dos seus centros de massa até cessar o contato entre os fragmentos e 2-b) dispersão dos fragmentos colidindo com a superfície do planeta. Ilustra-se a utilização do modelo tanto através do método numérico quanto com um método analítico aproximado, mediante comparação com o trabalho de Ivanov e Ryzhanskii. Primeiramente, o modelo é aplicado ao meteorito Sikhote-Alin, o qual constitui exemplo natural do fenômeno combinado de fragmentação e espalhamento por ação atmosférica seguidos de colisões na superfície do planeta Terra. Uma outra aplicação considera que o sólido geométrico seja um corpo artificial com dimensões e densidade volumétrica equivalentes aos do CGRO (Compton Gamma Ray Observatory), que passou pelas fases de decaimento orbital, re-entrada e fragmentação atmosférica.

ASSUNTO(S)

decaimento orbital transferência ótima fragmentação atmosférica dinâmica da fratura aerotermodinâmica orbital decay optimal transfer atmospheric fragmentation fracture dynamics aerothermodynamics

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