Caboclo - Repositório Institucional UFRB CETENS - Centro de Ciência e Tecnologia em Energia e Sustentabilidade CETENS - Cursos de Graduação CETENS - Bacharelado Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade - TCC
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Tipo de documento: Trabalho de Conclusão de Curso
Grau acadêmico: Bacharelado
Título: Uso da tecnologia da vela solar e das perturbações orbitais naturais para remoção de detritos espaciais
Autor(es): Lima, Jackson dos Santos
Orientador(a): Carvalho, Jean Paulo dos Santos
Membro(a) da banca: Ribeiro, Kilder Leite
Membro(a) da banca: Pereira, Jadiel dos Santos
Resumo: Em órbita da Terra estão localizados satélites artificiais essenciais para diversos serviços que são utilizados pela nossa sociedade como, por exemplo, telecomunicações, navegação, geolocalização, previsões climáticas além de pesquisas espaciais. No entanto, desde o início da exploração do espaço o ambiente espacial está povoado, em sua maioria, por objetos não funcionais de diversos tamanhos. Esses objetos são conhecidos como detritos espaciais ou simplesmente de lixo espacial. Os detritos causam uma poluição espacial e traz riscos para a exploração espacial e para satélites ativos em órbita, além disso, uma queda não controlada desses objetos pode causar grandes prejuízos a vidas humanas. A partir desse problema surgiu o interesse em buscar uma solução para mitigar o problema dos detritos espaciais. Neste trabalho, será analisado a evolução dos parâmetros orbitais de detritos na órbita geoestacionária (GEO). Será considerado na dinâmica as principais forças perturbadoras, tais como, a pressão de radiação solar direta, a perturbação do terceiro corpo e o achatamento da Terra. A pressão de radiação solar (PRS) é a perturbação mais relevante para objetos com grande razão área/massa. Sabendo disso, será analisado a possibilidade de utilizar a tecnologia da Vela Solar acoplada às perturbações ambientais naturais que atuam na órbita dos detritos para provocar uma variação na altitude dos detritos em órbita GEO, assim, proporcionando a reentrada na atmosfera da Terra e consequentemente a destruição desses detritos, ou ainda, expulsando-os para uma órbita cemitério. As equações são apresentadas na forma do potencial perturbador, em que esse potencial será substituído nas equações planetárias de Lagrange e integrado numericamente via software Maple. Assim, através das simulações numéricas realizadas são gerados gráficos dos parâmetros orbitais ao longo do tempo e diagramas, da excentricidade versus argumento do perigeu. Foi possível concluir que a pressão de radiação solar atua fortemente em detritos em órbita geoestacionária possibilitando um aumento na excentricidade, em que tal aumento é proporcional ao coeficiente área/massa do detrito. Esse crescimento da excentricidade possibilita que o detrito no perigeu da sua órbita se aproxime da superfície da Terra, em curto período de tempo, onde o efeito do arrasto atmosférico promove a destruição do detrito. Mostramos que é possível equipar o detrito com uma vela solar em órbita geoestacionária para provocar a reentrada dos detritos ou enviá-los para uma órbita cemitério usando as perturbações naturais. Sugerimos também que os novos satélites artificiais sejam projetados com uma Vela Solar acoplada para que no final da vida útil a abertura dessa vela possa garantir a reentrada dos detritos utilizando as perturbações naturais. A ideia de usar a Vela Solar é que o sistema de propulsão utilizado é o próprio Sol, uma fonte de energia limpa e abundante, em contraste com os propulsores químicos, por exemplo, dessa forma estamos contribuindo com a sustentabilidade no espaço.
Palavras-chave: Detrito espacial
Pressão de radiação solar
Vela Solar
Sustentabilidade
Perturbação orbital
Resumo em inglês: In orbit of the Earth are located artificial satellites essential for various services that are used by our society, such as telecommunications, navigation, geolocation, weather forecasts and space research. However, since the beginning of space exploration, the space environment has been mostly populated by non-functional objects of various sizes. These objects are known as space debris or simply space junk. Debris causes spatial pollution and risks to space exploration and active orbiting satellites, and an uncontrolled fall of these objects can cause great harm to human lives. From this problem arose the interest in seeking a solution to mitigate the problem of space debris. In this work, the evolution of the orbital parameters of debris in the geostationary orbit (GEO) will be analyzed. In the dynamics will be considered the main disturbing forces, such as the direct solar radiation pressure, the perturbation of the third body and the flattening of the Earth. Solar radiation pressure (PRS) is the most relevant perturbation for objects with large mass area ratio. Knowing this, it will be considered the possibility of using Solar Sail technology coupled with the natural environmental perturbations that act in the orbit of the debris to cause a variation in the altitude of the GEO orbiting debris, thus providing the portrayed in the Earth’s atmosphere and consequently the destruction of that debris, or even expelling it into a graveyard orbit. The equations are presented as the disturbing potential, where this potential will be replaced in Lagrange’s planetary equations and numerically integrated via Maple software. Thus, through the numerical simulations performed are generated graphs of orbital parameters over time and diagrams, eccentricity versus perigee argument. It was possible to conclude that the solar radiation pressure acts strongly on debris in geostationary orbit allowing an increase in eccentricity, where such increase is proportional to the area/mass coefficient of the debris. This growth of the eccentricity enables the debris, in the perigee of its orbit, to approach the Earth’s surface in a short period of time, where the effect of atmospheric drag promotes the destruction of the debris. We show that it is possible to equip the debris with a solar sail in geostationary orbit to cause the debris to re-enter or send it to a graveyard orbit using natural perturbations. We also suggest that the new artificial satellites be designed with an attached Solar Sail so that at the end of its life the opening of that sail can ensure debris re-entry using natural perturbatios. The idea of using the solar sail is that the propulsion system used is the sun itself, a clean and abundant energy source, in contrast to the chemical propellants, for example, so we are contributing to sustainability in space.
Palavras-chave em inglês: Space debris
Solar radiation pressure
Solar sail
Sustainability
Orbital perturbation
Editora / Instituição: Universidade Federal do Recôncavo da Bahia
Universidade Federal do Recôncavo da Bahia
Centro de Ensino: CETENS - Centro de Ciência e Tecnologia em Energia e Sustentabilidade
CETENS - Centro de Ciência e Tecnologia em Energia e Sustentabilidade
Data do documento: 18-Dez-2019
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Acesso Disponível em: 2024-09-17T16:21:16Z
URI: http://ri.ufrb.edu.br/jspui/handle/123456789/3473
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