@PhDThesis{Oliveira:2016:StLoOr,
author = "Oliveira, Thais Carneiro",
title = "Study of low-thrust orbital maneuvers in the presence of external
disturbing forces",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2016",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2016-04-19",
keywords = "external disturbing forces, electrodynamic tethers, solar sails,
station-keeping maneuvers, perturbation integral, for{\c{c}}as
perturbadoras externas, cabos eletrodin{\^a}micos, velas solares,
manobra de manuten{\c{c}}{\~a}o orbital, integral de
perturba{\c{c}}{\~a}o.",
abstract = "One of the main objectives of this thesis is to study the
magnitude of the disturbing forces received by a spacecraft for
several orbits with the help of the method called Perturbation
Integral. The Perturbation Integral can be the integral of the
magnitude of the acceleration caused by the external disturbing
forces that act on a spacecraft for one orbital period or the
magnitude of the integral of the acceleration of the external
disturbing forces for one orbital period. The study includes the
behavior of different external disturbing forces for different
orbits by varying the Keplerian elements. In this context, it is
possible to find orbits that are less perturbed and create maps
for various orbits that illustrate the magnitude of the
perturbation behavior and the fuel consumption required to keep a
spacecraft in a Keplerian orbit and the fuel consumptions required
to perform orbital maneuvers after a period of time. Another main
objective is to study low-thrust orbital maneuvers, known as
station-keeping maneuvers, and to reduce the fuel consumption that
may be used in the thrusters. The orbit of a spacecraft is
deviated from the Keplerian orbit due to external perturbations.
Propulsions systems can be used to correct the orbit with fuel
expenditure. One of the proposals of this thesis is the use of
electrodynamic tethers and solar sails to reduce the effects of
the external perturbations to reduce the fuel consumption in
station-keeping maneuvers. This study also includes the
possibility to use the electrodynamic tethers as a drag force to
optimize the time of the orbital decay of a spacecraft. The
validation of the tether or solar sail usage is performed in two
different environments. The first one is an orbital integrator
that integrates the orbit of the spacecraft including the external
disturbing forces. The second environment, used only for the solar
sail validation, is an orbit simulator that can include a more
realistic environment, like failures on the actuators, on the
sensors, external disturbing forces non-predicted, etc. This last
simulator is known as 'STRS' or {"}Spacecraft Trajectory
Simulator{"}. RESUMO: Um dos principais objetivos desta tese
{\'e} estudar a magnitude das for{\c{c}}as perturbadoras por
v{\'a}rias {\'o}rbitas com a ajuda de um m{\'e}todo chamado
Integral da Perturba{\c{c}}{\~a}o. A Integral da
Perturba{\c{c}}{\~a}o pode ser a integral da magnitude da
acelera{\c{c}}{\~a}o causada pelas for{\c{c}}as perturbadoras
externas que atuam sobre um ve{\'{\i}}culo espacial por um
per{\'{\i}}odo orbital ou a magnitude da integral da
acelera{\c{c}}{\~a}o das for{\c{c}}as perturbadoras externas
por um per{\'{\i}}odo orbital. O estudo inclui o comportamento
de diferentes perturba{\c{c}}{\~o}es externas para diferentes
{\'o}rbitas variando os elementos Keplerianos. Neste contexto,
{\'e} poss{\'{\i}}vel encontrar {\'o}rbitas que s{\~a}o menos
perturbadas e criar mapas para diversas {\'o}rbitas que ilustram
o comportamento da magnitude da perturba{\c{c}}{\~a}o, o consumo
de combust{\'{\i}}vel necess{\'a}rio para manter um
ve{\'{\i}}culo espacial em uma {\'o}rbita Kepleriana e o
consumo de combust{\'{\i}}vel para realizar manobras orbitais
ap{\'o}s um per{\'{\i}}odo de tempo. Outro objetivo principal
{\'e} estudar manobras orbitais de baixo impulso, conhecidas como
manobras de manuten{\c{c}}{\~a}o orbital, e diminuir o consumo
de combust{\'{\i}}vel utilizado nos propulsores. A {\'o}rbita
de um ve{\'{\i}}culo espacial {\'e} desviada da {\'o}rbita
Kepleriana devido {\`a}s perturba{\c{c}}{\~o}es externas.
Sistemas de propuls{\~a}o podem ser usados a fim de corrigir os
desvios consumindo combust{\'{\i}}vel. A proposta da tese
abrange o uso de cabos eletrodin{\^a}micos e de velas solares a
fim de reduzir os efeitos das perturba{\c{c}}{\~o}es externas e
diminuir o consumo de combust{\'{\i}}vel em manobras de
manuten{\c{c}}{\~a}o. Este estudo tamb{\'e}m inclui a
possibilidade de utilizar os cabos eletrodin{\^a}micos como uma
for{\c{c}}a de arrasto de modo a otimizar o tempo de decaimento
orbital de um ve{\'{\i}}culo espacial. A valida{\c{c}}{\~a}o
do cabo eletrodin{\^a}mico ou da vela solar {\'e} realizado em
dois ambientes distintos. O primeiro {\'e} um integrador orbital
que integra a {\'o}rbita do ve{\'{\i}}culo espacial, incluindo
as perturba{\c{c}}{\~o}es externas. O segundo ambiente, usado
somente para a valida{\c{c}}{\~a}o de vela solar, {\'e} um
simulador de {\'o}rbita que apresenta um ambiente mais realista
capaz de considerar falhas nos atuadores, nos sensores,
for{\c{c}}as perturbadoras externas n{\~a}o previstas, etc. Este
{\'u}ltimo simulador {\'e} conhecido como 'STRS' ou {"}Simulador
de Trajet{\'o}ria de um Sat{\'e}lite{"}.",
committee = "Moraes, Rodolpho Vilhena de (presidente) and Prado, Antonio
Fernando Bertachini de Almeida (orientador) and Rocco, Evandro
Marconi (orientador) and Winter, Othon Cabo and Gomes, Vivian
Martins and Carvalho, Francisco das Chagas",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Estudo de manobras orbitais com baixo empuxo na presen{\c{c}}a de
for{\c{c}}as perturbadoras",
language = "en",
pages = "222",
ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3LH65H8",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34P/3LH65H8",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}