Medindo a exposição à radiação dos cinturões de Van Allen para uma espaçonave em uma transferência de baixo empuxo

• Processo: 20/13557-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2021
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2022
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Dinâmica de Vôo
• Pesquisador responsável: Antônio Fernando Bertachini de Almeida Prado
• Beneficiário: Rodrigo Nascente Schmitt
• Instituição Sede: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). São José dos Campos , SP, Brasil
• Assunto(s): Astrodinâmica Manobra orbital Trajetórias e órbitas Órbitas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Astrodinâmica | Manobras Orbitais | Órbitas | Trajetórias e órbitas

Resumo

O contexto do problema é a transferência de uma nave espacial a partir de uma órbita terrestre baixa (LEO) para fora da esfera de influência terrestre usando um propulsor elétrico solar (SEP), de baixo empuxo. O impulso específico desse tipo de propulsor é de cinco a dez vezes maior que um propelente químico comum, o que se traduz a uma maior eficiência, permitindo carregar um peso maior. Podemos então considerar o seguinte problema de otimização: encontrar posições e arcos de empuxo que maximizem a massa final da nave espacial para uma dada transferência orbital. Contudo, a nave deverá atravessar diversas vezes o cinturão de Van Allen durante sua trajetória, o que pode danificar seus equipamentos eletrônicos dependendo da taxa de exposição. O efeito da radiação do cinturão durante a trajetória pode ser medido de algumas maneiras: i) pelo tempo que o veículo situa-se dentro do cinturão; ii) pela integral da densidade de partículas no tempo em questão. A segunda opção é mais atraente, pois leva em conta a densidade de partículas em diferentes regiões do cinturão. Pode-se então modelar matematicamente a densidade das diferentes partículas com energias variáveis e com isso calcular a dose de energia total que afetará a nave durante o tempo considerado. Usando o resultado de milhares de simulações, é possível determinar a dependência da dose de radiação em relação aos parâmetros de entrada, como as características da órbita inicial e do motor de baixo empuxo. De acordo com esse resultado, é possível otimizar a massa final do veículo escolhendo a trajetória que satisfaça as limitações de radiação e ao mesmo tempo minimize o consumo de combustível.

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

SCHMITT, RODRIGO N.; PRADO, ANTONIO F. B. A.; SUKHANOV, ALEXANDER; GOMES, VIVIAN M.. Swing-By Applications and Estimation of the Van Allen Belts' Radiation Exposure for a Spacecraft in a Low Thrust Transfer to the Moon. SYMMETRY-BASEL, v. 14, n. 3, p. 38-pg., 2022-03-01. (20/13557-7, 16/24561-0, 18/16442-6)