ANÁLISE E COMPARAÇÃO DE DINÂMICAS PARA TRANSFERÊNCIAS ORBITAIS NO SISTEMA TERRA-LUA

Documentos relacionados
ORIENTADOR(ES): ANTÔNIO FERNANDO BERTACHINI DE ALMEIDA P, DENILSON PAULO SOUZA DOS SANTOS

ESTUDO NUMÉRICO DO EFEITO DE UMA MANOBRA DE SWING-BY CONSIDERANDO O SISTEMA SOL-SATURNO.

ESTUDO NUMÉRICO DO EFEITO DE UMA MANOBRA DE SWING- BY CONSIDERANDO O SISTEMA SOL-MARTE.

ESTUDO DE MANOBRAS CLÁSSICAS E RENDEZVOUS

1. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais- INPE , São José dos Campos, SP, Brasil s:

ESTUDO NUMÉRICO DO EFEITO DE UMA MANOBRA ASSISTIDA POR GRAVIDADE CONSIDERANDO O SISTEMA TERRA-LUA.

MANOBRAS DE ATITUDE DE SATÉLITES ARTIFICIAIS COM ÂNGULOS DE EULER

O PROBLEMA DE DOIS CORPOS

ESTUDO DOS EFEITOS DO POTENCIAL LUNAR EM TRAJETÓRIAS DE VEÍCULOS ESPACIAIS

Influência do Torque de Gradiente de Gravidade nas Regiões de Circulação do Movimento Rotacional de Veículos Espaciais

Aula 2a Elementos Orbitais

Efeitos dos Termos Individuais do Potencial Gravitacional Lunar no Movimento de Satélites Artificiais ao Redor da Superfície da Lua

Mapeamento de Órbitas em torno do Asteróide 2001SN263

MANOBRAS DE ÓRBITA E ATITUDE DE SATÉLITES ARTIFICIAIS. RELATÓRIO FINAL DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA (PIBIC/CNPq/INPE)

CAPTURA GRAVITACIONAL - ENCONTROS PRÓXIMOS EM DINÂMICA ORBITAL. RELATÓRIO FINAL DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA (PIBIC/CNPq/INPE)

MÉTODO DE RUNGE-KUTTA APLICADO À DEFLEXÃO DE VIGA 1 RUNGE-KUTTA METHOD APPLIED TO BEAM DEFLECTION

Terceira Lista de Exercício de Dinâmica e Controle de Veículos Espaciais

Então as equações da dinâmica relativa:

Transfere ncia orbital envolvendo uma aproximac a o do tipo Patched Conic

MOVIMENTO ROTACIONAL DE SATÉLITES ARTIFICIAIS

Lançamento Balístico

PROPULSÃO II Motores Foguete Dinâmica

DINÂMICA DE CONTATO: O PÊNDULO COM RESTRIÇÕES AO MOVIMENTO

ESTUDO DE TRANSFERÊNCIAS ORBITAIS UTILIZANDO ALGORITMO GENÉTICO RELATÓRIO FINAL DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

EVOLUÇÃO DO MOVIMENTO ROTACIONAL LIVRE DE TORQUES EXTERNOS NAS REGIÕES DE LIBRAÇÃO E CIRCULAÇÃO

DETERMINAÇÃO DA ESFERA DE INFLUÊNCIA VIA ENERGIA DO PROBLEMA DE DOIS CORPOS

Posicionamento com GNSS em Cenários de Multi-Constelação

CONTROLE DE MANOBRAS DE UM VEÍCULO ESPACIAL POR MEIO DE VARIAÇÕES AERODINÂMICAS

ESTUDO DA PASSAGEM DE UMA NUVEM DE PARTÍCULAS POR UM CORPO CELESTE RELATÓRIO FINAL DO PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

Observatório Nacional

RADIAÇÃO POTENCIAL DISPONÍVEL PARA PRODUÇÃO DE MAMONA EM SUPERFÍCIE INCLINADA

Programa de Capacitação Institucional (PCI) na área de Engenharia e Tecnologia Espaciais - ETE

MODELAGEM E SIMULAÇÃO DO AGENDAMENTO E DESPACHAMENTO DE MANOBRAS ESPACIAIS POR TEMPO E EVENTOS RELATÓRIO FINAL DE PROJETO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA

2.1. Construção da Pista

APLICAÇÃO DO FILTRO DE KALMAN A UM SISTEMA DE POSICIONAMENTO DE VEÍCULO AQUÁTICO

Impacto da altura das falésias na geração de turbulência

AVALIAÇÃO DOS EFEITOS DA PRESSÃO DE RADIAÇÃO SOLAR PARA SATÉLITES GPS

SIMULAÇÃO DE TRAJETÓRIAS ORBITAIS UTILIZANDO PROPULSÃO CONTÍNUA E MÚLTIPLOS ARCOS PROPULSIVOS

EVOLUÇÃO ORBITAL DE ASTERÓIDES QUE SOFREM GRANDES APROXIMAÇÕES: O CASO VESTA-MAGNYA

BALANÇO ENERGÉTICO: DISPONIBILIDADE DE RADIAÇÃO PARA PLANTIOS EM SUPERFÍCIE INCLINADA

Efeitos dos Torques Magnéticos no Movimento Rotacional De Satélites estabilizados por Rotação

SEQUÊNCIAS DE MANOBRAS ASSISTIDAS POR GRAVIDADE EM ORBITAS RESSONANTES COM A LUA

Modelagem de Contaminações Periódicas por Radionuclídeos

Departamento de Matemática, FEG- UNESP s:

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DA DINÂMICA MOLECULAR DE UM SISTEMA BIDMENSIONAL DE PARTÍCULAS INTERAUANDO ATRAVÉZ DO POTENCIAL DE LENNARD-JONES

Física 1. 3 a prova 09/12/2017. Atenção: Leia as recomendações antes de fazer a prova.

METODOLOGIAS PROGRESSIVAS PARA A ANÁLISE DA ITERAÇÃO FLUIDO-ESTRUTURA EM BARRAGENS DE CONCRETO

Monografia de Conclusão do Curso de Graduação em Engenharia Elétrica 2

APLICAÇÃO DO ALGORITMO DE OTIMIZAÇÃO POR ENXAME DE PARTÍCULAS PARA A MODELAGEM DE FUNÇÕES DE TRANSFERÊNCIA

8º CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHARIA MECANICA Cusco, 23 a 25 de Outubro de 2007

Programas para Análise Térmica

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHRIA DE SÃO CARLOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA. 2ª Lista de SEL0417 Fundamentos de Controle.

Modelagem empírica de funções multivariáveis por redes neurais artificiais

Integration Methods Used in Numerical Simulations of Electromagnetic Transients

OTIMIZAÇÃO DE TRAJETÓRIAS ESPACIAIS COM PROPULSÃO ELÉTRICA SOLAR E MANOBRAS GRAVITACIONALMENTE ASSISTIDAS

DETERMINAÇÃO DE FUNÇÕES DE TRANSFERÊNCIA DE PROCESSOS QUÍMICOS ATRAVÉS DO MÉTODO DE EVOLUÇÃO DIFERENCIAL UTILIZANDO O SCILAB

Grade Horária da Engenharia Química - 1º Sem 2019

Projeto de iniciação científica desenvolvido na UFFS campus Cerro Largo, PRO-ICT/UFFS 2

Estimação da função de transferência a partir do diagrama de Bode

1 RESUMO. Palavras-chave: Controle, encoders, motor CC. 2 INTRODUÇÃO

SEQUENCIAMENTO DE LINHAS DE MONTAGEM MÚLTIPLAS NO AMBIENTE DE PRODUÇÃO ENXUTA UM ESTUDO SIMULADO PARA MINIMIZAR O RISCO DE PARADAS

Desenvolvimento e otimização de materiais hipergólicos para aplicação em motores foguete

Introdução ao Projeto de Aeronaves. Aula 18 Tempo para a Missão e Metodologia para o Gráfico de Carga Útil

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Disciplinas em Oferta do 1º semestre de 2019

Dr. Rodolpho Vilhena de Moraes (DMAIUNESP, Orientador)

SIMULAÇÃO DA PROPAGAÇÃO DE ONDAS ACÚSTICAS EM DIFERENTES FREQUÊNCIAS ATRAVÉS DE UMA MALHA DE GUIAS DIGITAIS DE ONDAS

3 Métodos Numéricos Análise das Equações de Movimento

CAPTURA GRAVITACIONAL PARA O PROBLEMA BI-CIRCULAR

AVALIAÇÃO DO ENRIQUECIMENTO POLINOMIAL NO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS GENERALIZADOS EM ELEMENTOS TRIANGULARES

Encontro de Naves Espaciais

CAPÍTULO. Gonçalves F., Rosane 1 *; Napoleão R., Marcos 2. Universidade Federal de Goiás. Universidade Federal de Goiás

5 Realimentação do Ângulo de Yaw

4 Validação do uso do programa ABAQUS

PREDIÇÃO DO TEMPO DE VIDA DE BATERIAS DE LITHIUM-ION POLYMER UTILIZANDO INTERPOLAÇÃO POLINOMIAL 1

Aula 5a Propulsão de foguetes

Passeios Aleatórios. 1 Introdução. 2 Passeio aleatório em uma dimensão. Paulo Matias. 11 de outubro de 2011

Code: Luiza Rodrigues Matos, Daisy Paes Silva, Edilaine Martins Soler. Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho" (UNESP)

ESTUDO DE MANOBRAS CLÁSSICAS E RENDEZVOUS

Palavras-chave: distribuição de energia elétrica; fluxo de potência; regulador de tensão.

4.1 INTRODUÇÃO Geodésia Celeste - Objetivo científico e operacional Métodos geométricos e dinâmicos

Mecânica I (FIS-14) Prof. Dr. Ronaldo Rodrigues Pelá Sala 2602A-1 Ramal 5785

CONTROLE DE TRAJETÓRIA ORBITAL EM MANOBRAS DE EMPUXO CONTÍNUO DE LONGO PRAZO

Estágios Finais da Evoluçao Estelar: Estrelas Compactas e Buracos Negros

de equações diferenciais

Programa Analítico de Disciplina ELT434 Robótica Industrial

OTIMIZAÇÃO BIOINSPIRADA COM APLICAÇÕES NO SETOR ELÉTRICO

ALGORITMO DE GUIAMENTO PARA INSENSIBILIDADE NA DISPERSÃO DO TEMPO DE QUIEMA

SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA INSTITUTO SUPERIOR TUPY

Matriz do Teste de Avaliação de Física e Química A - 11.º ano 7 de dezembro de minutos

ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE MANCAIS ELASTO-HIDRODINÂMICOS ATRAVÉS DO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS

Introdução Automatic Vehicle Control Automated Highway Systems

DETERMINAÇÃO DE UMA SOLUÇÃO APROXIMADA DA EQUAÇÃO DE DUFFING POR MEIO DE ALGORITMO GENÉTICO

Análise Numérica DCC033. Renato Assunção Departamento de Ciência da Computação UFMG

Breve Avaliação de Parâmetros básicos de Algoritmos Genéticos

DESENVOLVIMENTO DE VEICULOS AUTONOMOS EM ESCALA EM AMBIENTE DE SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL

Transferências Orbitais para Asteroides Próximos à Terra

RASTREADOR SOLAR AUTÔNOMO

CAPÍTULO. Purcina, Alcione Borges 1 ; Borges, Romes Antonio 2 ; Programa de Pós-Graduação em Modelagem e Otimização, Regional Catalão/ UFG

ESTUDO DA ESTABILIDADE DO MOVIMENTO ROTACIONAL DE SATÉLITES ARTIFICIAIS COM VARIÁVEIS CANÔNICAS

ESTUDO COMPARATIVO DE MODELOS DE MARÉS: LAINEY E VERHEYLEWEGEN GOMES, G.; YOKOYAMA, T. DEMAC, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Rio Claro (SP).

Transcrição:

11 ANÁLISE E COMPARAÇÃO DE DINÂMICAS PARA TRANSFERÊNCIAS ORBITAIS NO SISTEMA TERRA-LUA ANALYSIS AND COMPARISON OF DYNAMICS FOR ORBITAL TRANSFERS IN THE EARTH-MOON SYSTEM Anderson Rodrigo Barretto Teodoro 1 Denilson Paulo Souza dos Santos 2 Antonio Fernando Bertachini de Almeida Prado 2 Lucas Sales Policarpo 1 RESUMO: Neste trabalho foram analisadas manobras de transferências orbitais impulsivas com empuxo instantâneo, obtido através da transferência de Lambert, modelando uma transferência geocêntrica de um veículo deixando a órbita da Terra e chegando à órbita da Lua. O objetivo foi buscar o mínimo consumo de combustível entre as manobras, realizando uma comparação entre o método analítico, o numérico e o método probabilístico. Dessa forma, geramos gráficos, analisando e comparando os valores obtidos no método analítico e o numérico. Para o método probabilístico, foram realizados testes para avaliar a eficiência e o desempenho do algoritmo genético desenvolvido, aplicando-o na função teste de Griewank. Palavras-chave: algoritmos genéticos; mecânica celeste; transferências orbitais. ABSTRACT: This study analyzed impulsive orbital transfer maneuvers with impulsive thrust, based on the Lambert s problem, modeling a geocentric transfer of a vehicle leaving the Earth's orbit and achieving moon orbit. The goal was to find the minimum fuel consumption for the necessary thrust, by performing a comparison between the analytical method and the numerical probabilistic method. Thus, we generated graphs, analyzing and comparing the values obtained from the analytical and numerical method. For the probabilistic method, testing was conducted to evaluate the efficiency and performance of the genetic algorithm developed by applying the Griewank function. Keywords: genetic algorithms; celestial mechanics; orbital transfers. 1 Engenharia da Computação / ETEP Faculdades. E-mails: andersonrbteodoro@gmail.com; lsalespolicarpo@gmail.com. 2 Divisão de Mecânica e Controle / Instituto Nacional de Pesquisas Espacias - INPE. E-mails: denilson.paulo@gmail.com; prado@dem.inpe.br.

12 1. INTRODUÇÃO O estudo de manobras orbitais tem grande importância em missões espaciais, tendo diversas aplicações, como realizar transferências de órbitas em um veículo espacial e executar correções nos parâmetros orbitais de um satélite, conforme estudado em Prado (212). Para isso, é importante considerar durante as manobras de transferências os gastos com consumo de combustível necessário para realizar as manobras, visto que esses gastos são consideravelmente altos em uma missão espacial, e que seu fim também pode determinar o final da missão. 1.1 Objetivos O objetivo do trabalho foi criar simulações computacionais através de algoritmos para comparar a aplicação de diferentes métodos para simular transferências no sistema Terra-Lua, buscando o mínimo consumo de combustível para os impulsos necessários entre as manobras de transferência dentro desse sistema. corpos e foi assumido que em ambos os métodos o sistema não sofre perturbações externas. Ao final, para o método probabilístico, é aplicada uma heurística de busca e otimização através de algoritmos genéticos, conforme abordado em Linden (28), para busca do mínimo impulso necessário para realizar a transferência entre as órbitas em ambos os métodos, buscando a otimização do consumo de combustível. 2.1 Método de Hohmann Para a dinâmica do problema, aplicando o método de Hohmann, foi considerada a Terra como corpo primário e a Lua como secundário, tendo como variáveis de entrada o raio das órbitas inicial e final e obtendo como saída à magnitude do impulso e o tempo necessário para transferência entre as órbitas. A partir dos dados fornecidos para essa simulação, foi obtido que, para realizar uma transferência de ida da Terra à Lua, são necessários, aproximadamente, 4 dias e 2 horas e uma magnitude de impulso de, aproximadamente, 3,74 /s. 2. METODOLOGIAS Para a dinâmica do problema, aplicando o método numérico, foi utilizado o integrador Runge-Kutta de 4ª ordem, demonstrado em Kiusalaas (25), aplicado nas equações da dinâmica do movimento, descritas em Santos (29). Para o método analítico, foi considerado o problema de dois 2.2 Transferência de Lambert A transferência de Lambert foi realizada a partir de duas órbitas, uma inicial e outra final, onde, a partir da definição do ponto inicial da primeira órbita, é realizada a propagação da órbita para que seja feita a transferência até a órbita final desejada, conforme demonstrado na Figura 1.

13 x 1 4 4 3 2 1-1 -2-3 -4-6 -4-2 2 4 6 Figura 1 - Transferência de Lambert a partir de um ponto inicial até a órbita final desejada. x 1 4 A partir do raio inicial, do raio final e do tempo de transferência, podemos obter o ângulo da órbita de transferência e as magnitudes dos impulsos necessários para tirar o veículo espacial da órbita inicial e colocá-lo na órbita final, conforme estudado em Curtis (21). 3. DESENVOLVIMENTO Para determinação dos pontos de saída para o veículo espacial, foram consideradas uma órbita inicial e outra final, ambas circulares e discretizadas de 1 em 1 graus, gerando um total de 36 pontos, conforme demonstrado na Figura 2. 6 4 2-2 -4-6 -8-6 -4-2 2 4 6 8 Figura 2 - Órbita inicial com os 36 possíveis pontos de saída. A partir dos 36 pontos gerados dentro das órbitas, foram escolhidos quatro pontos para a saída do veículo espacial na órbita inicial, escolhidos de maneira uniforme ao longo da órbita, e um único ponto de chegada na órbita final. 4. RESULTADOS Foram criados algoritmos para a transferência de Lambert e para o método de integração Runge-Kutta de 4ª ordem, aplicando nas equações da dinâmica do movimento. Para as trajetórias geradas a partir do integrador, considerando os

14 propulsores ligados, foi obtido o resultado apresentado na Figura 3. Figura 3 - Trajetória do veículo espacial com as órbitas aumentando com o tempo, de acordo com o impulso V aplicado pelo propulsor. Para a simulação da dinâmica de dois corpos, variando o ângulo θ de θ i até o θ f desejado, onde θ [θ i, θ f] e traçando os pontos obtidos dos raios, foi obtida a seguinte trajetória de transferência, apresentado na Figura 4: 1 x 15.8.6.4.2 K m -.2 -.4 -.6 -.8-1 -1 1 2 3 4 5 x 1 5 Figura 4 - Transferência Terra-Lua no sistema geocêntrico planar. Para a simulação da dinâmica de três corpos, considerando 4 possíveis trajetórias, um único ponto de chegada na órbita final e um mesmo tempo de transferência entre as trajetórias, geradas a partir de uma órbita graduada de 9 em 9, foram plotados os pontos obtidos a cada integração numérica, conforme demonstrado na Figura 5: Figura 5 - Transferência Terra-Lua considerando 4 possíveis trajetórias.

15 A Figura 6 demonstra uma comparação entre uma simulação utilizando integração numérica para obter a posição do corpo em cada instante e outra simulação utilizando uma dinâmica de dois corpos, por meio das equações kleperianas. 14.94 14.92 Integração numérica Dinâmica de dois corpos 14.9 14.88 14.86 V (/s) 14.84 14.82 14.8 14.78 14.76 14.74 5 1 15 2 25 3 35 4 Pontos de saída na órbita inicial Figura 6 - Comparação entre a dinâmica de dois corpos e outra dinâmica utilizando integração numérica para obter a magnitude do impulso total necessário. A partir desse gráfico, é possível identificar a posição angular de cada um dos possíveis pontos para saída do veículo espacial e a posição onde a magnitude do impulso para sair da Terra e entrar na órbita da Lua é mínima. Dr. Denilson Paulo Souza dos Santos e Dr. Antonio Fernando Bertachini de Almeida Prado, pelo conhecimento transmitido. REFERÊNCIAS CURTIS, H. D. Orbital Mechanics for 5. CONCLUSÃO Engineering Students. 2. ed. Amsterdam: Elsevier, 21. Foram desenvolvidos algoritmos para KIUSALAAS, J. Numerical Methods in calcular e simular a trajetória de uma Engineering with Python. Cambridge: transferência realizada por um veículo Cambridge University Press, 25. espacial da Terra à Lua, considerando uma dinâmica de dois corpos e outra utilizando LINDEN, R. Algoritmos Genéticos: Uma integração numérica. importante ferramenta da Inteligência Computacional. 2. ed. Rio de Janeiro: A partir dessa etapa, serão Brasport, 28. implementados os algoritmos genéticos em populações de t, para encontrar o melhor momento em que é obtido o menor impulso V para realizar a manobra de transferência, considerando o percurso Terra-Lua. PRADO, A. F. B. A. Escola de Verão de Dinâmica Orbital e Planetologia, n. 16. Guaratinguetá, SP: UNESP, 212. (Apostila). SANTOS, D. P. S. Otimização de trajetórias espaciais com propulsão elétrica solar e AGRADECIMENTOS A Deus; à FAPESP, pelo apoio financeiro recebido, por intermédio da bolsa manobras gravitacionalmente assistidas. 29. Tese (Doutorado em Mecânica Espacial e Controle) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, 29. de Iniciação Científica; e aos orientadores,