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@PhDThesis{MurciaPiņeros:2018:TrAtMo,
               author = "Murcia Piņeros, Jhonathan Orlando",
                title = "Trajectory and attitude modeling and propagation for reentry 
                         debris with fragmentation implementing voxels meshs",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2018",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2018-04-27",
             keywords = "reentrada, trajet{\'o}ria, fragmenta{\c{c}}{\~a}o, seis graus 
                         de liberdade, detritos espaciais, fragmentation, reentry, six 
                         degrees of freedom, trajectory, orbital debris.",
             abstract = "Actually, more than 17.000 objects are in orbit around the Earth, 
                         with an estimated total mass of 6.500.000 kg. All of them with 
                         dimensions superior to 10 cm and some orbiting without control. In 
                         other words, they are orbital debris. In orbit, the debris 
                         represents a hazard to operational satellites and aerospace 
                         operations due to the high probability of collisions. With the 
                         exponential increment of space activities and without regulations 
                         it is expected a proportional increment in the debris population 
                         and an increase the risk for the space activities. Because the 
                         interaction of the debris with the atmosphere of the Earth and the 
                         solar activity, the debris began to lose energy and decay. During 
                         the de-orbit process, the debris fall into the Earths atmosphere 
                         at hypersonic speeds and these objects can be break-up and/or 
                         fragmented due to the aerodynamics, thermal and structural loads. 
                         It is important to obtain the trajectory and attitude of any 
                         fragment to determine the possible survival mass, impact area, 
                         hazard conditions and risk to the population, the air traffic 
                         control, and infrastructure. Different computational tools are 
                         used to determine the impact of the debris during reentry. These 
                         tools implement different models complemented with data from 
                         observations and laboratories. In this case, it is proposed a 
                         computational code to integrate the equations of motion and to 
                         propagate the dynamics and kinematics of the possible survival 
                         fragments. The new model implements the voxel method to determine 
                         the aerodynamic conditions and the fragmentation of the body. It 
                         is also analyzed the results of trajectories with six degrees of 
                         freedom, atmospheric winds, and Magnus effect. The mathematical 
                         model and computational code are validated in three degrees of 
                         freedom. Results are compared with data from other computational 
                         tools available in the scientific literature. The results show a 
                         good approximation with the report cases of study. New results are 
                         generated in the simulations of rotational bodies, due to the 
                         influence of aerodynamic forces in the trajectory and the changes 
                         in the stagnation regions. Because the implementation of wind and 
                         rotation of the debris, the fragments increased the survivability 
                         and the dispersion area. These information confirm the initial 
                         hypothesis and increases the applications of the actual tool in 
                         future reentry predictions. RESUMO: Atualmente, mais de 17.000 
                         objetos orbitam em torno da Terra, com uma estimativa de massa 
                         superior a 6.500.000 kg. Todos eles com dimens{\~o}es superiores 
                         a 10 cm e alguns orbitando sem controle, tamb{\'e}m conhecidos 
                         como detritos espaciais. Na {\'o}rbita, os detritos representam 
                         risco para sat{\'e}lites operacionais e para as 
                         opera{\c{c}}{\~o}es aeroespaciais porque aumentam as 
                         probabilidades de colis{\~o}es. Com o incremento exponencial das 
                         atividades espaciais e a aus{\^e}ncia de regulamentos, espera-se 
                         um incremento proporcional na popula{\c{c}}{\~a}o de detritos e 
                         o aumento do risco das atividades espaciais. A 
                         intera{\c{c}}{\~a}o dos detritos com a atmosfera da Terra e a 
                         atividade solar fazem com que os detritos comecem a perder energia 
                         gerando o decaimento da orbita. Durante o processo de decaimento, 
                         os detritos caem na atmosfera da Terra a velocidades 
                         hipers{\^o}nicas e podem ser quebrados e/ou fragmentados pelas 
                         cargas aerodin{\^a}micas, t{\'e}rmicas e estruturais. {\'E} 
                         importante obter a trajet{\'o}ria e a atitude de qualquer 
                         fragmento para determinar a poss{\'{\i}}vel massa final, a 
                         {\'a}rea de impacto, condi{\c{c}}{\~o}es de perigo e risco para 
                         a popula{\c{c}}{\~a}o, para o controle de tr{\'a}fego 
                         a{\'e}reo e para a infraestrutura em terra. Diferentes 
                         ferramentas computacionais s{\~a}o implementadas para determinar 
                         o impacto dos detritos durante a reentrada. Qualquer uma dessas 
                         ferramentas implementa diferentes modelos matem{\'a}ticos 
                         complementados com dados de observa{\c{c}}{\~o}es e 
                         laborat{\'o}rios. Neste caso, prop{\~o}e-se um c{\'o}digo 
                         computacional para integrar as equa{\c{c}}{\~o}es de movimento e 
                         propagar a din{\^a}mica e a cinem{\'a}tica dos 
                         poss{\'{\i}}veis fragmentos que conseguem sobreviver a 
                         reentrada. O modelo proposto implementa o m{\'e}todo de voxels 
                         para determinar as condi{\c{c}}{\~o}es aerodin{\^a}micas e a 
                         fragmenta{\c{c}}{\~a}o dentro do corpo, analisando os resultados 
                         de trajet{\'o}rias com seis graus de liberdade, ventos 
                         atmosf{\'e}ricos e efeito Magnus. O modelo matem{\'a}tico e o 
                         c{\'o}digo computacional s{\~a}o validados em tr{\^e}s graus de 
                         liberdade. Os resultados foram comparados com dados de outras 
                         ferramentas computacionais dispon{\'{\i}}veis na literatura 
                         cient{\'{\i}}fica. Os resultados mostram uma boa 
                         aproxima{\c{c}}{\~a}o com os casos estudados. Novos resultados 
                         foram gerados nas simula{\c{c}}{\~o}es de corpos rotativos e 
                         pode-se observar a influ{\^e}ncia das for{\c{c}}as 
                         aerodin{\^a}micas na trajet{\'o}ria e as mudan{\c{c}}as nas 
                         regi{\~o}es de estagna{\c{c}}{\~a}o dos fragmentos. Com a 
                         implementa{\c{c}}{\~a}o do vento e a rota{\c{c}}{\~a}o dos 
                         detritos, os fragmentos aumentaram a capacidade de 
                         sobreviv{\^e}ncia e a {\'a}rea de dispers{\~a}o. Essas 
                         informa{\c{c}}{\~o}es confirmam a hip{\'o}tese inicial e 
                         aumentam as aplica{\c{c}}{\~o}es da ferramenta real em futuras 
                         previs{\~o}es de reentrada.",
            committee = "Moraes, Rodolpho Vilhena de (presidente) and Prado, Antonio 
                         Fernando Bertachini de Almeida (orientador) and Guedes, Ulisses 
                         Tadeu Vieira (orientador) and Gomes, Vivian Martins and Carvalho, 
                         Francisco das Chagas",
         englishtitle = "Modelamento e propaga{\c{c}}{\~a}o da trajet{\'o}ria e atitude 
                         de detritos espaciais com fragmenta{\c{c}}{\~a}o implementando 
                         uma malha de voxels",
             language = "en",
                pages = "196",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3R34NKS",
                  url = "http://urlib.net/rep/8JMKD3MGP3W34R/3R34NKS",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "26 nov. 2020"
}


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