PG-EAM - Graduate Program in Aeronautical and Mechanical Engineering
PT EN
Master's Dissertation 2022

Estudo do efeito de forças eletromagnéticas em uma formação em voo de satélites em torno da terra

Author

Felipe de Castro Silva

Concentration Area

Projeto Aeronáutico, Estruturas e Sistemas Aeroespaciais

Defense Date

29/11/2022

Thesis Number

78955

Abstract

Missões espaciais de formação em voo de satélites que se utilizam de tecnologias não propulsivas para sua manutenção vem sendo cada vez mais exploradas, na medida que não necessitam de uso de propelente e, consequentemente, aumentam a capacidade de se levar maior carga útil nas missões ao espaço. Neste contexto, este trabalho apresenta um estudo da aplicação de forças de Lorentz para formações em voo de satélites em torno da Terra, aproveitando o efeito combinado do campo magnético terrestre com o campo magnético gerado por uma bobina magnética posicionada no veículo líder da formação. Apesar de diversos estudos terem sido realizados considerando o efeito do campo magnético terrestre e de campo gerado pelo líder, estes não foram abordados em conjunto, limitando a atuação das estratégias a determinadas altitudes, sejam elas altas ou baixas. Ainda, é pouco visto na literatura o estudo de viabilidade, já que a maioria dos trabalhos da maior enfoque nos conceitos teóricos, muitas vezes propondo condições de operação fora da realidade possível para as tecnologias atuais. Essa análise de viabilidade e ponto abordado neste trabalho, sendo obtido o intervalo de valores para as variáveis de interesse que garantem uma maior factibilidade da formação. Como resultado dos estudos realizados neste trabalho, obteve-se que o modelo utilizado permite obter formações de até cinco veículos seguidores, a depender da geometria de posicionamento da bobina magnética do veículo líder. Foi possível obter também o intervalo de valores de variáveis nos quais a formação apresenta maior possibilidade de ser aplicada em uma missão real, tendo sido obtido valores de altitude de órbita média, entre 5_103 e 1,75_104 km, valores de momento de dipolo da bobina do veículo líder entre 8_10??5 e 1_10??4 T.m3, velocidades angulares acima de 4.000 rpm, e relações carga-massa de módulo entre 2_10??5 e 5_10??4 C/kg. Os valores de posição de equilíbrio não atingiram valores superiores a 20 m, o que faz com que o modelo de formação proposto seja mais indicado em missões de pequenas distâncias relativas e para satélites de pequenas dimensões, como alguns tipos de CubeSats. Por fim, foi possível realizar duas simulações de sistemas de formação em voo e realizar a manutenção da posição de veículos seguidores com dois diferentes métodos de controle, linear quadrático e preditivo, com seus resultados sendo comparados entre eles.

Keywords

Satélites artificiais Campos magnéticos Transformações de Lorentz Bobinas Propriedades magnéticas Engenharia de sistemas Engenharia aeroespacial