Transferencia óptima de órbita de círculo a elipse para un E-Sail orientado hacia el sol
Autores: Quarta, Alessandro A.; Mengali, Giovanni; Bassetto, Marco; Niccolai, Lorenzo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Transferencia óptima de órbita de círculo a elipse para un E-Sail orientado hacia el sol
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Nave espacial
Trayectoria de transferencia
Sistema de propulsión
Transferencia óptima
Vela solar eléctrica
órbita heliocéntrica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
La transferencia entre dos órbitas keplerianas coplanares de una nave espacial con un sistema de propulsión de empuje continuo es un problema clásico de astrodinámica, en el que generalmente se emplea un procedimiento numérico para encontrar la trayectoria de transferencia que optimiza (es decir, maximiza o minimiza) un índice de rendimiento dado, como, por ejemplo, la masa de carga útil entregada, la masa de propulsante, el tiempo total de vuelo o una combinación adecuada de ellos. En la última década, esta clase de problema ha sido analizada a fondo en el contexto de escenarios de misión heliocéntricos de una nave espacial equipada con una vela solar eléctrica como sistema de propulsión principal. El objetivo de este artículo es ampliar la literatura existente relacionada analizando la transferencia óptima de una nave espacial basada en una vela solar eléctrica con una actitud orientada hacia el sol, una configuración particular en la que el plano nominal de la vela es perpendicular a la dirección sol-nave espacial (es decir, radial), de modo que el sistema de propulsión pueda producir su máxima magnitud de aceleración propulsiva. El problema consiste en transferir la nave espacial, que inicialmente traza una órbita circular heliocéntrica, a una órbita coplanar elíptica de una excentricidad dada con una trayectoria de tiempo mínimo. Utilizando un enfoque indirecto clásico para la optimización de trayectorias, el artículo muestra que se puede obtener una versión simplificada del problema de control óptimo al imponer las restricciones típicas de transferencia. Las simulaciones numéricas muestran que el enfoque propuesto es capaz de cuantificar el rendimiento de la transferencia de manera paramétrica y general, con un algoritmo simple y eficiente.
Descripción
La transferencia entre dos órbitas keplerianas coplanares de una nave espacial con un sistema de propulsión de empuje continuo es un problema clásico de astrodinámica, en el que generalmente se emplea un procedimiento numérico para encontrar la trayectoria de transferencia que optimiza (es decir, maximiza o minimiza) un índice de rendimiento dado, como, por ejemplo, la masa de carga útil entregada, la masa de propulsante, el tiempo total de vuelo o una combinación adecuada de ellos. En la última década, esta clase de problema ha sido analizada a fondo en el contexto de escenarios de misión heliocéntricos de una nave espacial equipada con una vela solar eléctrica como sistema de propulsión principal. El objetivo de este artículo es ampliar la literatura existente relacionada analizando la transferencia óptima de una nave espacial basada en una vela solar eléctrica con una actitud orientada hacia el sol, una configuración particular en la que el plano nominal de la vela es perpendicular a la dirección sol-nave espacial (es decir, radial), de modo que el sistema de propulsión pueda producir su máxima magnitud de aceleración propulsiva. El problema consiste en transferir la nave espacial, que inicialmente traza una órbita circular heliocéntrica, a una órbita coplanar elíptica de una excentricidad dada con una trayectoria de tiempo mínimo. Utilizando un enfoque indirecto clásico para la optimización de trayectorias, el artículo muestra que se puede obtener una versión simplificada del problema de control óptimo al imponer las restricciones típicas de transferencia. Las simulaciones numéricas muestran que el enfoque propuesto es capaz de cuantificar el rendimiento de la transferencia de manera paramétrica y general, con un algoritmo simple y eficiente.