Contributions to Libration Orbit Mission Design using Hyperbolic Invariant Manifolds
Aquesta tesi doctoral està emmarcada en el camp de l'astrodinàmica. Presenta solucions a problemes identificats en el disseny de missions que utilitzen òrbites entorn dels punts de libració, fent servir la teoria de sistemes dinàmics.<br/>El problema restringit de tres cossos és un model...
| Autor: | |
|---|---|
| Formato: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2007 |
| País: | España |
| Recursos: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/5927 |
| Acesso em linha: | http://www.tdx.cat/TDX-0918107-101713 http://hdl.handle.net/10803/5927 https://dx.doi.org/10.5821/dissertation-2117-93242 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palavra-chave: | hiperbolic invariant manifolds dynamical systems heteroclinic connections libration orbits libration points restricted three body problem 51 |
| Resumo: | Aquesta tesi doctoral està emmarcada en el camp de l'astrodinàmica. Presenta solucions a problemes identificats en el disseny de missions que utilitzen òrbites entorn dels punts de libració, fent servir la teoria de sistemes dinàmics.<br/>El problema restringit de tres cossos és un model per estudiar el moviment d'un cos de massa infinitessimal sota l'atracció gravitatòria de dos cossos molt massius. Els cinc punts d'equilibri d'aquest model, en especial L1 i L2, han estat motiu de nombrosos estudis per aplicacions pràctiques en les últimes dècades (SOHO, Genesis...). <br/>Genèricament, qualsevol missió en òrbita al voltant del punt L2 del sistema Terra-Sol es veu afectat per ocultacions degudes a l'ombra de la Terra. Si l'òrbita és al voltant de L1, els eclipsis són deguts a la forta influència electromagnètica del Sol. D'entre els diferents tipus d'òrbites de libració, les òrbites de Lissajous resulten de la combinació de dues oscil.lacions perpendiculars. El seu principal avantatge és que les amplituds de les oscil.lacions poden ser escollides independentment i això les fa adapatables als requeriments de cada missió. La necessitat d'estratègies per evitar eclipsis en òrbites de Lissajous entorn dels punts L1 i L2 motivaren la primera part de la tesi. En aquesta part es presenta una eina per la planificació de maniobres en òrbites de Lissajous que no només serveix per solucionar el problema d'evitar els eclipsis, sinó també per trobar trajectòries de transferència entre òrbites d'amplituds diferents i planificar rendez-vous. <br/>Per altra banda, existeixen canals de baix cost que uneixen els punts L1 i L2 d'un sistema donat i representen una manera natural de transferir d'una regió de libració a l'altra. Gràcies al seu caràcter hiperbòlic, una òrbita de libració té uns objectes invariants associats: les varietats estable i inestable. Si tenim present que la varietat estable està formada per trajectòries que tendeixen cap a l'òrbita a la qual estan associades quan el temps avança, i que la varietat inestable fa el mateix però enrera en el temps, una intersecció entre una varietat estable i una d'inestable proporciona un camí asimptòtic entre les òrbites corresponents. Un mètode per trobar connexions d'aquest tipus entre òrbites planes entorn de L1 i L2 es presenta a la segona part de la tesi, i s'hi inclouen els resultats d'aplicar aquest mètode als casos dels problemes restringits Sol Terra i Terra-Lluna.<br/>La idea d'intersecar varietats hiperbòliques es pot aplicar també en la cerca de camins de baix cost entre les regions de libració del sistema Sol-Terra i Terra-Lluna. Si existissin camins naturals de les òrbites de libració solars cap a les lunars, s'obtindria una manera barata d'anar a la Lluna fent servir varietats invariants, cosa que no es pot fer de manera directa. I a l'inversa, un camí de les regions de libració lunars cap a les solars permetria, per exemple, que una estació fos col.locada en òrbita entorn del punt L2 lunar i servís com a base per donar servei a les missions que operen en òrbites de libració del sistema Sol-Terra. A la tercera part de la tesi es presenten mètodes per trobar trajectòries de baix cost que uneixen la regió L2 del sistema Terra-Lluna amb la regió L2 del sistema Sol-Terra, primer per òrbites planes i més endavant per òrbites de Lissajous, fent servir dos problemes de tres cossos acoblats. Un cop trobades les trajectòries en aquest model simplificat, convé refinar-les per fer-les més realistes. Una metodologia per obtenir trajectòries en efemèrides reals JPL a partir de les trobades entre òrbites de Lissajous en el model acoblat es presenta a la part final de la tesi. Aquestes trajectòries necessiten una maniobra en el punt d'acoblament, que és reduïda en el procés de refinat, arribant a obtenir trajectòries de cost zero quan això és possible. |
|---|