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@MastersThesis{Schmitt:2022:OtTrBa,
               author = "Schmitt, Rodrigo Nascente",
                title = "Otimiza{\c{c}}{\~a}o de trajet{\'o}rias de baixo empuxo da 
                         Terra {\`a} Lua considerando consumo de combust{\'{\i}}vel e 
                         dose de radia{\c{c}}{\~a}o absorvida",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2022",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2022-03-04",
             keywords = "cintur{\~a}o de Van Allen, cintur{\~a}o de radia{\c{c}}{\~a}o, 
                         {\'o}rbita de baixo empuxo, transfer{\^e}ncia 
                         interplanet{\'a}ria, otimiza{\c{c}}{\~a}o de {\'o}rbita, Van 
                         Allen belts, low thrust orbit, interplanetary transfer, radiation 
                         belts, orbit optimization.",
             abstract = "Este trabalho apresenta uma s{\'e}rie de propriedades pertinentes 
                         {\`a} transfer{\^e}ncia de uma espa{\c{c}}onave de uma 
                         {\'o}rbita terrestre baixa (LEO) para a {\'o}rbita da Lua usando 
                         um sistema de propuls{\~a}o el{\'e}trica (baixo empuxo). 
                         Primeiro, um problema de otimiza{\c{c}}{\~a}o foi considerado 
                         para encontrar as localiza{\c{c}}{\~o}es e comprimentos dos 
                         arcos de empuxo que maximizam a massa final da espa{\c{c}}onave 
                         em {\'o}rbitas de transfer{\^e}ncia, limitando assim o escopo 
                         das trajet{\'o}rias {\`a}s mais eficientes em termos de 
                         combust{\'{\i}}vel. Al{\'e}m disso, os cintur{\~o}es de Van 
                         Allen foram modelados de acordo com a densidade de el{\'e}trons e 
                         pr{\'o}tons em cada ponto do espa{\c{c}}o, a fim de medir a 
                         radia{\c{c}}{\~a}o total absorvida pela espa{\c{c}}onave 
                         atrav{\'e}s de uma integra{\c{c}}{\~a}o da densidade de 
                         part{\'{\i}}culas ao longo do tempo correspondente. As 
                         simula{\c{c}}{\~o}es puderam, ent{\~a}o, prever a 
                         rela{\c{c}}{\~a}o entre a flu{\^e}ncia das part{\'{\i}}culas 
                         e diversos par{\^a}metros iniciais, como a excentricidade da 
                         {\'o}rbita inicial e as caracter{\'{\i}}sticas do sistema de 
                         propuls{\~a}o. Em seguida, uma regress{\~a}o multilinear e uma 
                         Rede Neural Artificial foram ajustadas aos dados atrav{\'e}s de 
                         uma regress{\~a}o que relaciona a flu{\^e}ncia de pr{\'o}tons e 
                         el{\'e}trons em fun{\c{c}}{\~a}o dos seguintes par{\^a}metros: 
                         tempo de miss{\~a}o, impulso espec{\'{\i}}fico, empuxo, massa 
                         final (consumo de propelente), altura inicial do perigeu, 
                         excentricidade e inclina{\c{c}}{\~a}o. Essa an{\'a}lise se 
                         mostrou poderosa devido aos valores expressivos dos testes 
                         estat{\'{\i}}sticos, mostrando uma depend{\^e}ncia positiva 
                         entre empuxo, tempo de miss{\~a}o e massa final da 
                         espa{\c{c}}onave com a flu{\^e}ncia de part{\'{\i}}culas, e 
                         uma depend{\^e}ncia negativa entre impulso espec{\'{\i}}fico, 
                         excentricidade inicial da {\'o}rbita, inclina{\c{c}}{\~a}o e 
                         altura do perigeu com a flu{\^e}ncia das part{\'{\i}}culas. Por 
                         fim, uma an{\'a}lise de uma manobra Swing-By tamb{\'e}m foi 
                         realizada juntamente com a incid{\^e}ncia de 
                         radia{\c{c}}{\~a}o, revelando depend{\^e}ncias 
                         impl{\'{\i}}citas dos incrementos de energia e velocidade em 
                         rela{\c{c}}{\~a}o ao consumo de combust{\'{\i}}vel, 
                         absor{\c{c}}{\~a}o de radia{\c{c}}{\~a}o, sistema de 
                         propuls{\~a}o e par{\^a}metros da {\'o}rbita inicial. ABSTRACT: 
                         This work presents a handful of underlying properties of a 
                         spacecrafts transfer from a Low Earth Orbit (LEO) to the Moons 
                         orbit using an electric propulsion (low thrust) system. First, an 
                         optimization problem was considered to find the locations and 
                         lengths of the thrust arcs that maximize the final mass of the 
                         spacecraft for a number of transfer orbits, thereby limiting the 
                         scope of trajectories to the most fuel-efficient ones. In addition 
                         to this, the Van Allen belts were modelled according to the 
                         density of electrons and protons in each point of space, in order 
                         to measure the total radiation absorbed by the spacecraft through 
                         an integration of the density of particles over the corresponding 
                         time. The simulations could, then, predict the relationship 
                         between fluence of particles and several initial parameters, such 
                         as the initial orbits eccentricity and the propulsion system 
                         characteristics. Then, a multilinear regression and an Artificial 
                         Neural Network were fitted to the data through a regression that 
                         relates the fluence of protons and electrons as a function of the 
                         following parameters: mission time, specific impulse, thrust, 
                         final mass (i.e. propellant consumption) and initial height of 
                         perigee, eccentricity and inclination. This analysis was proven 
                         powerful due to the expressive values from statistical tests, 
                         showing underlying positive correlations between thrust, mission 
                         time and final spacecraft mass with the fluence of particles, and 
                         negative correlations between specific impulse, initial orbit 
                         eccentricity, inclination and height of perigee with the fluence 
                         of particles. Finally, an analysis of a Swing-By maneuver was also 
                         carried out together with the radiation incidence, revealing 
                         hidden dependencies of the increments in energy and velocity with 
                         respect to the fuel consumption, radiation absorption, propulsion 
                         system and initial orbit parameters.",
            committee = "Moraes, Rodolpho Vilhena de (presidente) and Prado, Antonio 
                         Fernando Bertachini de Almeida (orientador) and Gomes, Vivian 
                         Martins (orientadora) and Kuga, H{\'e}lio Koiti and Ferraz-Mello, 
                         Sylvio",
         englishtitle = "Optimization of low-thrust trajectories from the Earth to the Moon 
                         considering fuel consumption and absorbed radiation dose",
             language = "pt",
                pages = "115",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34T/46PGHA2",
                  url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34T/46PGHA2",
           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "03 maio 2024"
}


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