Aplicação de estratégias de controle low-thrust em veículos espaciais ao redor de Vênus

Abstract

Dentre os diversos corpos do Sistema Solar, Vênus se destaca por ser o planeta com maior temperatura média superficial, além de possuir em sua atmosfera uma densa camada de nuvens que dificultam o seu estudo. Sendo assim, é fundamental a adoção de missões que permitam a observação contínua do planeta de modo a criar uma série histórica de levantamento de dados. Para isso, um possível modelo orbital a ser adotado é o de órbitas congeladas, uma vez que, essas órbitas apresentam os elementos orbitais excentricidade e argumento do periapsis praticamente constantes ao longo de um determinado período de tempo, ou seja, a altitude será sempre a mesma em um determinado ponto geográfico do planeta. Entretanto, veículos espaciais com missões definidas para este tipo de órbita sofrem perturbações que podem alterar a configuração orbital. Desse modo, faz-se necessária a adoção de correções orbitais através de manobras orbitais a fim de manter as características da missão proposta. No modelo considerado, o veículo espacial sofre perturbações devido ao potencial gravitacional do Sol e da não esfericidade de Vênus. Para fazer as correções orbitais na órbita do veículo, serão adotadas as estratégias de controle low-thrust contínuo visando encontrar as regiões em que ocorre o menor gasto energético para a missão. Por fim, para essa análise foram selecionadas condições orbitais relevantes ao problema como as condições críticas, regiões próximas à superfície e próxima à região em que as forças perturbativas são equivalentes.

Among the bodies in the Solar System, Venus stands out for being the planet with the highest average surface temperature, in addition to having in its atmosphere a dense layer of clouds that make it difficult to study. Therefore, it is essential to adopt missions that allow continuous observation of the planet in order to create a historical series of data collection. For this, a possible orbital model to be adopted is frozen orbits model, since these orbits present the orbital elements eccentricity and periapsis argument practically constant over a certain period of time, that is, the altitude will always be the same in a certain geographic point of the planet. However, space vehicles with missions defined for this type of orbit suffer perturbations that can change the orbital configuration. Thus, it is necessary to adopt orbital corrections through orbital maneuvers in order to maintain the characteristics of the proposed mission. In the considered model, the space vehicle suffers perturbations due to the gravitational potential of the Sun and the non-sphericity of Venus. To make the orbital corrections in the orbit of the vehicle, continuous low-thrust control strategies will be adopted in order to find the regions where the lowest energy demanding for the mission occurs. Finally, for this analysis, orbital conditions relevant to the problem were selected, such as critical conditions, regions close to the surface and close to the region where the perturbative forces are equivalent.