Mapeando órbitas ao redor de satélites naturais.

Abstract

As órbitas polares, circulares e de baixa altitude são de grande interesse para a exploração de satélites naturais, a razão é o fato de que, de uma órbita quase polar e circular, toda a superfície do satélite pode ser observada enquanto o satélite gira. Neste trabalho, apresentamos um estudo sobre órbitas de baixa altitude ao redor de satélites naturais. O primeiro sistema estudado é o sistema sonda-Urano-Titânia. O satélite como corpo central, uma sonda em sua órbita, e Urano, como corpo perturbador. Através de uma expansão do potencial gravitacional até segunda ordem, considera-se a assimetria do campo gravitacional devido ao coeficiente C22 de Titânia, o coeficiente zonal J2 e a perturbação gravitacional de Urano e de seus coeficientes gravitacionais J2 e J4 . Construímos um conjunto de mapas de tempo de vida para cinco valores diferentes da excentricidade da órbita em torno de Titânia. Analisamos também, a influência causada por pequenas porcentagens de erros nos valores dos coeficientes de gravidade. Propomos ainda algumas manobras orbitais com o intuito de evitar uma colisão da sonda com a superfície de Titânia. A fim de estender nossos resultados para outros sistemas, investigamos tempo de duração orbital para várias relações de massa e distância do terceiro corpo em função dos coeficientes J2 e C22 . Nossos resultados mostram que órbitas quase circulares de baixa altitude têm vida útil mais longa. Mostramos ainda que, para órbitas próximas a Titânia, os termos J2 e C22 de Titânia afetam muito mais a vida da sonda, em comparação ao efeito devido à atração gravitacional de Urano. Concluímos também que os valores de ω e Ω são essenciais para aumentar o tempo de vida das órbitas. Além disso, nossos resultados apontam que a realização de manobras orbitais para determinadas altitudes podem aumentar em quase 100% a duração da órbita. Por fim, observamos que a relação de massa e distância do perturbador pode produzir órbitas com tempo de vida diferentes.

Polar, circular, and low-altitude orbits are of great interest for the exploration of natural satellites, the reason being the fact that from a nearly polar and circular orbit, the entire surface of the satellite can be observed as the satellite rotates. In this work, we present a study on low-altitude orbits around natural satellites. The first system studied is the probe-Uranus-Titania system. The satellite is the central body, a probe in its orbit, and Uranus is the perturber body. Through an expansion of the gravitational potential to second order, the asymmetry of the gravitational field is considered due to Titania’s coefficient 𝐶��������22 and the zonal coefficient 𝐽��������2. In addition to the gravitational perturbation of Uranus and its gravitational coefficients 𝐽��������2 and 𝐽��������4. We constructed a set of lifetime maps for five different values of the eccentricity of the orbit around Titania. We also analyzed the influence caused by uncertainties in the values of the gravity coefficients. We also propose some orbital maneuvers in order to avoid a collision between the probe and the surface of Titania. In order to extend our results to other systems, we investigated orbital duration time for various third-body mass and distance as a function of the coefficients 𝐽��������2 and 𝐶��������22. Our results show that low-altitude nearcircular orbits have a longer lifetime. We also show that the Titania terms 𝐽��������2 and 𝐶��������22 affect considerably the life of the probe, compared to the effect due to the gravitational coefficients of Uranus. We also conclude that the values of 𝜔�������� and Ω are essential to increase the lifetime of the orbits. In addition, our results indicate that performing orbital maneuvers at certain altitudes can increase the orbit duration by almost 100%. Finally, we observe that the mass and distance of the perturber can produce orbits with different lifetimes