E-Velar Trayectorias Óptimas hacia Puntos Heliostacionarios
Autores: Quarta, Alessandro A.; Mengali, Giovanni
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
E-Velar Trayectorias Óptimas hacia Puntos Heliostacionarios
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Investigar
Naves espaciales robóticas
Vela solar eléctrica de viento solar
Punto heliostacionario
Sistema de propulsión sin propulsor
Velas solares fotónicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 14
Citaciones: Sin citaciones
El objetivo de este artículo es investigar el rendimiento de una nave espacial robótica, cuyo sistema de propulsión principal es una vela solar de viento solar eléctrica (E-sail), en una misión a un punto heliostacionario (HP), es decir, un punto de equilibrio estático en un marco de referencia heliocéntrico e inercial. Una nave espacial colocada en un HP dado con velocidad inercial cero mantiene esa posición heliocéntrica siempre que el empuje a bordo sea capaz de contrarrestar la fuerza gravitacional del Sol. Debido a la cantidad finita de masa de propulsor almacenable, una misión prolongada hacia un HP puede considerarse como una aplicación típica de un sistema de propulsión sin propulsor. En este sentido, investigaciones anteriores se han centrado en la capacidad de las velas solares fotónicas de alto rendimiento para alcanzar y mantener tal condición de equilibrio estático. Sin embargo, en el caso de una nave espacial basada en vela solar, una misión a un HP requiere un diseño de vela con características propulsivas que están muy por encima de la capacidad de la tecnología actual o de un futuro cercano. Este artículo muestra que una E-sail de rendimiento medio puede ofrecer una alternativa viable al uso de velas solares fotónicas. Con ese fin, discutimos una misión típica a un HP desde un punto de vista óptimo, buscando la trayectoria de tiempo mínimo necesaria para que una nave espacial alcance un HP dado. En particular, se consideran escenarios bidimensionales y tridimensionales, y se analiza el rendimiento de la misión óptima en función del tiempo como una función de la posición heliocéntrica del HP. El artículo también ilustra una posible aplicación de misión que involucra la observación de los polos del Sol desde tal posición inercial estática.
Descripción
El objetivo de este artículo es investigar el rendimiento de una nave espacial robótica, cuyo sistema de propulsión principal es una vela solar de viento solar eléctrica (E-sail), en una misión a un punto heliostacionario (HP), es decir, un punto de equilibrio estático en un marco de referencia heliocéntrico e inercial. Una nave espacial colocada en un HP dado con velocidad inercial cero mantiene esa posición heliocéntrica siempre que el empuje a bordo sea capaz de contrarrestar la fuerza gravitacional del Sol. Debido a la cantidad finita de masa de propulsor almacenable, una misión prolongada hacia un HP puede considerarse como una aplicación típica de un sistema de propulsión sin propulsor. En este sentido, investigaciones anteriores se han centrado en la capacidad de las velas solares fotónicas de alto rendimiento para alcanzar y mantener tal condición de equilibrio estático. Sin embargo, en el caso de una nave espacial basada en vela solar, una misión a un HP requiere un diseño de vela con características propulsivas que están muy por encima de la capacidad de la tecnología actual o de un futuro cercano. Este artículo muestra que una E-sail de rendimiento medio puede ofrecer una alternativa viable al uso de velas solares fotónicas. Con ese fin, discutimos una misión típica a un HP desde un punto de vista óptimo, buscando la trayectoria de tiempo mínimo necesaria para que una nave espacial alcance un HP dado. En particular, se consideran escenarios bidimensionales y tridimensionales, y se analiza el rendimiento de la misión óptima en función del tiempo como una función de la posición heliocéntrica del HP. El artículo también ilustra una posible aplicación de misión que involucra la observación de los polos del Sol desde tal posición inercial estática.