Análisis de la Misión Tierra-Venus a través de Captura Débil y Control No Lineal de Órbitas
Autores: De Angelis, Giulio; Carletta, Stefano; Pontani, Mauro; Teofilatto, Paolo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Análisis de la Misión Tierra-Venus a través de Captura Débil y Control No Lineal de Órbitas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Exploración
Venus
Microsatélite
Captura de baja energía
Propulsión de bajo empuje
Control de órbita no lineal
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
La exploración de Venus está impulsada recientemente por el interés de la comunidad científica en comprender la evolución de los planetas del tamaño de la Tierra, y está llevando a la implementación de misiones que pueden beneficiarse de nuevas técnicas de diseño y tecnología. En este trabajo, investigamos la posibilidad de implementar una misión de exploración con microsatélites a Venus, aprovechando (i) la captura débil y (ii) el control no lineal de órbita. Esta investigación considera el caso de un microsatélite, equipado con un sistema de propulsión de alta y baja potencia, y colocado en una órbita terrestre altamente elíptica, no diseñada específicamente para la misión Tierra-Venus de interés. En particular, para minimizar la masa de propulsante, la fase (i) de la misión fue diseñada para inyectar el microsatélite en una captura de baja energía alrededor de Venus, al final del arco interplanetario. La captura de baja energía se diseña en el marco dinámico del problema restringido circular de 3 cuerpos asociado con el sistema Sol-Venus. Modelando el problema con el uso del formalismo hamiltoniano, se pueden caracterizar las trayectorias de captura en función de su estado mientras transitan en la región de equilibrio alrededor del punto de libración colineal L1. Se identifican órbitas de captura de baja energía que requieren el mínimo cambio de velocidad para establecerse. Estos resultados se obtienen utilizando la Herramienta de Análisis de Misiones General, que implementa efemérides planetarias. Después de completar la captura balística, comienza la fase (ii) de la misión, que tiene como objetivo llevar el microsatélite hacia la órbita operativa alrededor de Venus. La maniobra de transferencia se basa en el uso de propulsión de baja potencia y control no lineal de órbita. Se investiga la convergencia hacia la órbita operativa deseada y se demuestra analíticamente utilizando la teoría de estabilidad de Lyapunov, en conjunto con el principio de invariancia de LaSalle, bajo ciertas condiciones relacionadas con las aceleraciones perturbadoras de la órbita y la magnitud de la baja propulsión. Los resultados numéricos demuestran que el perfil de misión en cuestión, combinando captura de baja energía y control no lineal de órbita de baja potencia, representa una estrategia viable y efectiva para misiones de microsatélites a Venus.
Descripción
La exploración de Venus está impulsada recientemente por el interés de la comunidad científica en comprender la evolución de los planetas del tamaño de la Tierra, y está llevando a la implementación de misiones que pueden beneficiarse de nuevas técnicas de diseño y tecnología. En este trabajo, investigamos la posibilidad de implementar una misión de exploración con microsatélites a Venus, aprovechando (i) la captura débil y (ii) el control no lineal de órbita. Esta investigación considera el caso de un microsatélite, equipado con un sistema de propulsión de alta y baja potencia, y colocado en una órbita terrestre altamente elíptica, no diseñada específicamente para la misión Tierra-Venus de interés. En particular, para minimizar la masa de propulsante, la fase (i) de la misión fue diseñada para inyectar el microsatélite en una captura de baja energía alrededor de Venus, al final del arco interplanetario. La captura de baja energía se diseña en el marco dinámico del problema restringido circular de 3 cuerpos asociado con el sistema Sol-Venus. Modelando el problema con el uso del formalismo hamiltoniano, se pueden caracterizar las trayectorias de captura en función de su estado mientras transitan en la región de equilibrio alrededor del punto de libración colineal L1. Se identifican órbitas de captura de baja energía que requieren el mínimo cambio de velocidad para establecerse. Estos resultados se obtienen utilizando la Herramienta de Análisis de Misiones General, que implementa efemérides planetarias. Después de completar la captura balística, comienza la fase (ii) de la misión, que tiene como objetivo llevar el microsatélite hacia la órbita operativa alrededor de Venus. La maniobra de transferencia se basa en el uso de propulsión de baja potencia y control no lineal de órbita. Se investiga la convergencia hacia la órbita operativa deseada y se demuestra analíticamente utilizando la teoría de estabilidad de Lyapunov, en conjunto con el principio de invariancia de LaSalle, bajo ciertas condiciones relacionadas con las aceleraciones perturbadoras de la órbita y la magnitud de la baja propulsión. Los resultados numéricos demuestran que el perfil de misión en cuestión, combinando captura de baja energía y control no lineal de órbita de baja potencia, representa una estrategia viable y efectiva para misiones de microsatélites a Venus.