Análise de modelos não-ideais da dinâmica de atitude de velas solares e seus efeitos no movimento orbital

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Lucas Gouvêa Meireles
• Orientador(a): Evandro Marconi Rocco, Cristiano Fiorilo de Melo
• Banca de defesa: Willer Gomes 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: Solar sails present an alternative method of propulsion promising to the next steps of space exploration. Over the last years, with an increase of their technological and economic viability, a growth of interest has been observed on researches of missions that employ vehicles propelled by solar radiation pressure. However, attitude dynamics and control of a solar sail demand complex models that in many cases are not a part of the scope of studies of orbital transfers which use this type of vehicle. Thereby, a great number of researches found in the literature use an ideal model for the attitude dynamics in which the orientation of the spacecraft changes instantly along the trajectory and offer an acceleration exactly in the desired direction. Taking that into account, this research has the objective of proposing non-ideal models for the attitude dynamics, with the implementation of control systems and deformations of the reflective surface. In this way, simulations that are closer to the real behavior of a solar sail were performed. From the results obtained from the attitude simulations, an investigation was carried out to establish how much a non-ideal model alters the orbital dynamics of an interplanetary trajectory. This is done knowing that the trajectory of a solar sail depends directly on the attitude it maintains during the mission. In addition, the deviations of the simulations that adopt non-ideal behaviors of the attitude dynamics are compared to determine the influence of each proposed model. Finally, the implementation cost-effectiveness of each of the models was assessed. All of the models confirmed the importance of implementing more thoroughly conceived attitude dynamics simulations in the interplanetary transfer of solar sails. Moreover, some of the models demonstrated to be more cost-effective due to its lower computational requirements and greater simplicity of implementation.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/03.22.15.49

Velas solares apresentam um método alternativo de propulsão promissor para os próximos passos da exploração espacial. Ao longo dos últimos anos, com o aumento de sua viabilidade tecnológica e econômica, tem aumentado o interesse na pesquisa de missões que empregam veículos impulsionados pela pressão de radiação solar. No entanto, a dinâmica e o controle de atitude de uma vela solar exigem modelos complexos que muitas vezes fogem do escopo de estudos de transferências orbitais que utilizam esse tipo de veículo. Assim, boa parte dos trabalhos encontrados na literatura utiliza um modelo ideal para a dinâmica de atitude em que o posicionamento da vela muda instantaneamente ao longo da trajetória e fornece o empuxo exatamente na direção desejada. Tendo isso em vista, este trabalho tem como objetivo propor modelos não-ideais para a dinâmica de atitude, com a implementação de sistemas de controle e deformações da superfície refletora. Dessa forma, foram realizadas simulações mais próximas do comportamento real de uma vela solar. A partir dos resultados das simulações de atitude, foi investigado o quanto cada modelo altera a dinâmica orbital de uma trajetória interplanetária, visto que a trajetória de uma vela solar depende diretamente da atitude que o veículo mantém ao longo da missão. Somado a isso, comparou-se os desvios das simulações que adotam comportamentos não-ideais da dinâmica de atitude para determinar a influência de cada modelo. Por fim, foi avaliado o custo benefício da implementação de cada um. Todos os modelos comprovaram a importância de se considerar uma dinâmica de atitude mais completa nas simulações de transferências interplanetárias com uso de velas solares. Além disso, alguns modelos se mostraram mais vantajosos devido aos seus menores custos de recursos computacionais e simplicidade de implementação.