| Resumo : |
Este trabalho tem como objetivo resolver o problema de transferência de um veículo espacial de uma órbita LEO (Low Earth Orbit) para uma HEO (High Earth Orbit), ambas circulares e coplanares em torno da Terra, realizando um swing-by propulsado com a Lua. O processo inicia-se com um primeiro incremento de velocidade impulsivo, inserindo o veículo espacial em uma trajetória de transferência com apogeu suficientemente elevado para alcançar a esfera de influência da Lua. A partir desse ponto, uma manobra de swing-by, é executada com a Lua, visando colocar o veículo espacial em uma trajetória de retorno às proximidades da Terra. O segundo incremento de velocidade impulsivo é aplicado no ponto de maior aproximação com a Lua, caracterizando a manobra de swing-by propulsado. O terceiro incremento de velocidade desacelera o veículo nas proximidades da Terra, inserindo-o na órbita final. Para resolver esse problema de transferência, são empregados dois modelos distintos. O primeiro modelo é a aproximação patched-conic. Nesse método, partes de cônicas são conectadas para aproximar a trajetória, e em cada parte de cônica, considera-se apenas o campo gravitacional da Terra ou da Lua. O segundo modelo é baseado no problema circular restrito de três corpos planar (PCR3CP), onde são considerados simultaneamente os campos gravitacionais da Terra e da Lua. A solução desse problema de transferência envolve a formulação de problemas de valor de contorno em dois pontos, que são resolvidos pelo algoritmo de Newton-Raphson. Além disso, propõe-se a solução de um problema de otimização, fundamentado nos resultados dos problemas de valor de contorno. Para resolver esse problema de otimização, é empregado o algoritmo de gradiente com restauração. Por fim, realiza-se um estudo do consumo de combustível para algumas órbitas finais (HEO). Esse estudo relaciona o modelo baseado no problema de três corpos e a aproximação patched-conic com as transferências clássicas, como a manobra de Hohmann e a transferência bi-parabólica. Como resultado foi observado que a solução otimizada da aproximação patched-conic tem uma boa concordância em relação ao PCR3CP principalmente ao considerar diversos valores de altitude de órbita de chegada na Terra e variação do impulso aplicado no swing-by. Além disso, é observado que, para altitude de chegada na Terra superiores a 47 mil km, a aplicação estratégica de um impulso desacelerativo durante o swing-by lunar, resulta em bom desempenho em relação ao consumo de combustível se comparado com a transferência clássica de Hohmann. |