Otimização de novas transferências Terra-Lua de baixa energia

Resumo

É possível explorar a ação gravitacional de muitos corpos para reduzir o custo de missões espaciais e permitir novos perfis de trajetórias, além dos obtidos usando o método tradicional de cônicas conjugadas. No entanto, o projeto e a otimização destas trajetórias em modelos de muitos corpos são mais complexos que na abordagem de dois corpos, requerendo combinar teoria de sistemas dinâmicos com técnicas de otimização local.Recentemente, demonstrou-se a existência de soluções de transferência de tempo curto na aproximação conhecida como patched three-body. Estas soluções conectam órbitas quasi-periódicas em toros bidimensionais no sistema Terra-Sol-espaçonave com soluções transito por L1 ou L2 do sistema Terra-Lua-espaçonave.O principal objetivo deste projeto de pesquisa é calcular transferências para a Lua de tempo curto de baixa energia, garantindo captura balística, utilizando essas novas soluções. Para isso serão empregadas técnicas de otimização numérica ad-hoc, com as soluções do modelo patched three-body como aproximação inicial para a otimização em um modelo completo de efemérides. Além disso, o processo de otimização possibilitará minimizar o Delta v e o tempo de transferência. Os resultados desta parte do estudo serão um software flexível que pode ser usado para otimizar trajetórias de forma precisa considerando a dinâmica de muitos corpos, e um conjunto de soluções totalmente otimizadas para o caso específico de transferências Terra-Lua, apresentando um trade-off entre o tempo de voo e o custo energético. O estudo prosseguirá com a investigação de opções futuras de propulsão eficiente, a fim de reduzir ainda mais o custo de missões futuras. Estas opções incluem propulsores híbridos de alto e baixo empuxo, assim como propulsão híbrida baseada foguetes e velas solares ou elétricas. Quaisquer dessas opções requerem um desenvolvimento adicional do processo de otimização de trajetória, de forma a serem levados em conta os vínculos de cada estratégia, tais como o empuxo máximo, o tipo específico de empuxo, e os efeitos não lineares no caso das velas. Isto permitirá avaliar futuras opções de transferência para a Lua de baixo custo, incluindo os requisitos específicos em vista dos sistemas de propulsão. (AU)