Detritos espaciais: estudo da dinâmica orbital e avaliação do risco de colisão - Alves, Giovanna Mendes Cruz [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2025)
O acúmulo de lixo espacial na órbita terrestre tem se agravado rapidamente, tanto devido ao crescente número de lançamentos, quanto à recorrência de eventos de fragmentação significativos e à insuficiência das medidas mitigatórias em uso. Esse acúmulo aumenta o risco de colisão em órbita e compromete a sustentabilidade das atividades espaciais. Nesse contexto, as simulações de propagação orbital e as ferramentas de análise do risco de colisão têm se tornado cada vez mais essenciais para o planejamento de missões mais seguras e para a prevenção de colisões. Como as perturbações orbitais afetam significativamente a dinâmica de detritos, é fundamental incluí-las nas simulações e compreender os efeitos que produzem. Neste trabalho, modelou-se a explosão de um objeto em órbita e propagou-se a nuvem de detritos gerada, sujeita à atração gravitacional da Terra, da Lua, ao efeito da oblatividade terrestre e ao arrasto atmosférico. Investigaram-se os efeitos causados por cada perturbação sobre um detrito da nuvem e os parâmetros que influenciam a magnitude desses efeitos. Por fim, estimou-se a probabilidade e o risco de colisão por meio de uma abordagem simples, utilizando uma região no formato de toro. Verificou-se que cada perturbação afetou os elementos orbitais de maneira distinta. Enquanto os efeitos da atração da Lua foram pequenos, a oblatividade terrestre gerou variações de vários graus por dia no argumento do perigeu e na ascensão reta do nodo ascendente. Além disso, o arrasto foi a única perturbação que gerou diminuição contínua do semi-eixo maior, afetando também a excentricidade. Verificou-se também que a probabilidade de colisão foi maior para órbitas mais baixas e aumentou ao longo do tempo. No entanto, concluiu-se que, devido às limitações do modelo, esses resultados só seriam válidos pouco tempo após a explosão.

The accumulation of space junk in Earth’s orbit has been increasing rapidly, due to the growing number of launches, the recurrence of significant fragmentation events and the insufficiency of the mitigation measures currently in place. This accumulation increases the risk of in-orbit collisions and compromises the sustainability of space activities. In this context, simulations of orbital propagation and collision risk analysis tools have become more essential for the planning of safer missions and for the prevention of collisions. Since orbital perturbations significantly influence the dynamics of space debris, it’s essential to include them in the simulations and to understand the effects they produce. In this study, an in orbit explosion was modeled and the resulting debris cloud was propagated, under the influence of Earth’s and the Moon’s gravitational attraction, Earth’s oblateness, and atmospheric drag. The effects caused by each perturbation on a single cloud element were investigated, along with the parameters that influence the magnitude of these effects. Lastly, the probability and risk of collision were estimated by means of a simple approach based on a torus-shaped region. It was verified that each perturbation affected the orbital elements in a distinct manner. While the effects of the lunar attraction were small, Earth’s oblateness caused variations of many degrees per day in the argument of perigee and in the right ascension of the ascending node. Additionally, atmospheric drag was the only perturbation that caused a continuous decrease in the semi major axis, also affecting the eccentricity. Moreover, it was observed that the probability of collision was more significant in low orbits and increased over time. However, it was concluded that, due to the model’s limitations, these results were only valid for a short time after the explosion.
Space debris: study of orbital dynamics and collision risk assessment
Keywords: Engenharia aeroespacial; Satélites artificiais; Órbita