Simulação de manobras orbitais impulsivas com empuxo limitado e controle de trajetória em malha fechada

Resumo

Objetiva-se calcular e simular manobras orbitais de um veículo espacial considerando aspectos construtivos do sistema de propulsão e controle de trajetória em malha fechada. Inicialmente consideram-se propulsores ideais capazes de aplicar empuxo de magnitude infinita, já que a variação de velocidade ocorre instantaneamente. Assim, obtêm-se as manobras impulsivas ótimas, do ponto de vista de consumo de combustível, por meio da solução do problema de Lambert (Two Point Boundary Value Problem). Então, essas manobras são simuladas considerando agora um modelo mais realista do sistema de propulsão. Devido à impossibilidade de aplicação de empuxo infinito a manobra orbital deve ser distribuída em um arco propulsivo em torno do ponto de aplicação determinado pela solução do problema de Lambert. Neste arco propulsivo utiliza-se propulsão contínua com empuxo limitado à máxima capacidade dos propulsores. Entretanto, o efeito do arco propulsivo não é exatamente igual à aplicação de um impulso, esta diferença produz um desvio da órbita final alcançada com relação à órbita de referência. Esse desvio é função da magnitude do impulso desejado, da capacidade do sistema de propulsão e das características do sistema de controle de trajetória utilizado. A avaliação desse desvio é de extrema relevância na análise de missão de veículos espaciais e no dimensionamento do sistema de controle de trajetória. Portanto neste trabalho avaliou-se como a capacidade dos propulsores e a magnitude dos impulsos influenciam nos erros da trajetória quando considerado um modelo mais realista ao invés do caso ideal representado pela abordagem impulsiva. A avaliação dos erros da trajetória torna-se ainda mais relevante se os efeitos das per- turbações orbitais que atuam no veículo forem considerados. Assim, os desvios na trajetória devido às perturbações provocadas pelo termo J2 do potencial gravitacional terrestre, pelo arrasto atmosférico, pela pressão de radiação solar, pelo albedo terrestre e pelas atrações gravitacionais do Sol e da Lua foram inseridas na simulação.