Estudo de parâmetros ótimos para aquisição de órbita por ruptura de tether

Esse trabalho estuda um método de aquisição de órbita que considera dois corpos ligados por uma haste (tether em inglês) que usa o rompimento da ligação entre eles para trocas de energia. O sistema simulado neste trabalho é constituído pela Terra e Lua como corpos principais, e também pelo asteroide e a sonda robótica ligados pelo tether. Uma aplicação para esse modelo poderia ser a captura de um asteroide em espaço profundo pela sonda robótica, utilizando um tether para trazê-lo para uma órbita segura em torno da Lua. Ao se aproximar da Lua a ligação entre eles será rompida. Esse rompimento produz trocas de energia orbital de forma que a sonda ganha energia, e o asteroide perde. Nesse processo o asteroide é capturado permanentemente pela Lua e a sonda é enviada para o espaço profundo em uma órbita hiperbólica em relação à Lua. Os custos dessa manobra são menores que o método convencional, além de possuir a vantagem adicional de jogar a sonda para uma outra órbita onde esta poderá ser reutilizada (VIEIRA NETO; SFAIR, 2017). O objetivo desse estudo além de revisitar o trabalho de Vieira Neto e Sfair (2017), onde o método é proposto, é realizar uma busca dos parâmetros do problema, tais como o comprimento do tether, geometrias que envolvem o problema, entre outros, que possam ser melhorados e otimizados para que o método de aquisição de órbita possa ter parâmetros mais compatíveis com a realidade. Para realizar a otimização desses parâmetros é implementado um método chamado Particle Swarm Optimization (PSO). Os parâmetros otimizados neste trabalho são o tamanho do tether, o instante de ruptura do par sonda-asteroide. O PSO também foi utilizado para encontrar órbitas de captura gravitacional mais eficientes para a utilização da técnica.

Resumo (inglês)

This work studies an orbit acquisition method that considers two bodies connected by a tether that use the disruption of the bond between them for energy exchange. The simulated system in this work consists of the Earth and Moon as main bodies, as well as the asteroid and spacecraft connected by the tether. An application for this model could be to capture a deep-space asteroid by the spacecraft, using a tether to bring it into a safe orbit around the moon. As you approach the moon, the link between them will be broken. This disruption produces orbital energy exchanges so that the spacecraft gains energy, and the asteroid loses. In this process the asteroid is permanently captured by the moon and the spacecraft is sent into deep space in a hyperbolic orbit relative to the moon. The costs of this maneuver are lower than the conventional method and have the added advantage of throwing the spacecraft into a another orbit where it can be reused (VIEIRA NETO; SFAIR, 2017). The objective of this study, besides revisiting the work of Vieira Neto and Sfair (2017), where the method is proposed, is to perform a search of the problem parameters, such as the tether length, geometries that involve the problem, among others, that can be improved and optimized so that the orbit acquisition method can have more reality-compatible parameters. To perform the optimization of these parameters is implemented a method called Particle Swarm Optimization (PSO). The optimized parameters in this work are the size of the tether, the instant of rupture of the spacecraft-asteroid pair. The PSO was also used to find more efficient gravitational capture orbits to use the technique.

Palavras-chave

Órbitas, Asteróides, Astronomia, Inteligência artificial

Idioma

Português

Citação

SANTOS, Julio Cesar Monteiro dos. Estudo de parâmetros ótimos para aquisição de órbita por ruptura de tether. Orientador: Ernesto Vieira Neto. 2019. 45 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Física) - Faculdade de Engenharia e Ciências, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2019.