MISsões interplanetárias: Atuais e planejadas

MISsões interplanetárias:Atuais e planejadas

Rodolfo Batista Negri

SISTEMA SOLAR EXTERNO

Um pálido ponto azul...

Você está aqui!

JUPITER

SATURNO

URANO

NETUNO

Guiagem, Navegação e ControleOnde estou e pra onde vou? E como?

Guiagem Navegação Controle

Guiagem, navegação e controle

Qual será minha trajetória, órbita ou destino?

Qual a posição, velocidade e atitude da

espaçonave?

Como devo apontar e manejar os propulsores para garantir o objetivo

da guiagem?

Guiagem Navegação Controle

Guiagem, navegação e controle

Qual será minha trajetória, órbita ou destino?

Qual a posição, velocidade e atitude da

espaçonave?

Como devo apontar e manejar os propulsores para garantir o objetivo

da guiagem?

SIMPLIFICAÇÕES!

Guiagem Navegação

PARA ENGENHEIROS: ENTÃO, TEORIA DE CONTROLE SÓ NO “cONTROLE”?NÃO!

Rastreamento de trajetória, estabilização, etc. Geralmente,

controle e dinâmica não-lineares.

Observadores e filtros.

GUIAGEM, NAVEGAÇÃO E CONTROLE

● Sistema de Controle de Atitude e Órbita (AOCS) e Estação em Solo;

● Controle de atitude é normalmente autônomo;

● Controle de órbita/trajetória é normalmente feito por equipe em solo;

CONTROLE DE ATITUDE

CONTROLE DE ÓRBITA

SensoresRadiometria, GPS, altímetro, acelerômetros ou câmeras.

Computador a bordo

SensoresGiroscópios, sensor de estrelas, sensor solar oumagnetômetro

AtuadoresRodas de reação, propulsores, magnetorques

ATITUDE

AtuadoresPropulsores

OUTROS REQUISITOS

ΔVexecutado

SOLO

(est

imar

, ave

rigua

r, si

mul

ar,

deci

dir,

etc)

TRAJETÓRIA

Comandos de trajetória

GRANDE MAIORIA DAS MISSÕES

Posição e velocidade

SensoresRadiometria, GPS, altímetro, acelerômetros ou câmeras.

Computador a bordo

SensoresGiroscópios, sensor de estrelas, sensor solar oumagnetômetro

AtuadoresRodas de reação, propulsores, magnetorques

ATITUDE

AtuadoresPropulsores

OUTROS REQUISITOS

ΔVexecutado

SOLO

(est

imar

, ave

rigua

r, si

mul

ar,

deci

dir,

etc)

TRAJETÓRIA

Comandos de trajetória

GRANDE MAIORIA DAS MISSÕES

Posição e velocidade

SensoresRadiometria, GPS, altímetro, acelerômetros ou câmeras.

Computador a bordo

SensoresGiroscópios, sensor de estrelas, sensor solar oumagnetômetro

AtuadoresRodas de reação, propulsores, magnetorques

ATITUDE

AtuadoresPropulsores

OUTROS REQUISITOS

ΔVexecutado

SOLO

(est

imar

, ave

rigua

r, si

mul

ar,

deci

dir,

etc)

TRAJETÓRIA

Comandos de trajetória

GRANDE MAIORIA DAS MISSÕES

Posição e velocidade

SensoresRadiometria, GPS, altímetro, acelerômetros ou câmeras.

Computador a bordo

SensoresGiroscópios, sensor de estrelas, sensor solar oumagnetômetro

AtuadoresRodas de reação, propulsores, magnetorques

ATITUDE

AtuadoresPropulsores

OUTROS REQUISITOS

ΔVexecutado

SOLO

(est

imar

, ave

rigua

r, si

mul

ar,

deci

dir,

etc)

TRAJETÓRIA

Comandos de trajetória

GRANDE MAIORIA DAS MISSÕES

Posição e velocidade

SensoresRadiometria, GPS, altímetro, acelerômetros ou câmeras.

Computador a bordo

SensoresGiroscópios, sensor de estrelas, sensor solar oumagnetômetro

AtuadoresRodas de reação, propulsores, magnetorques

ATITUDE

AtuadoresPropulsores

OUTROS REQUISITOS

ΔVexecutado

SOLO

(est

imar

, ave

rigua

r, si

mul

ar,

deci

dir,

etc)

TRAJETÓRIA

Comandos de trajetória

GRANDE MAIORIA DAS MISSÕES

Posição e velocidade

SensoresRadiometria, GPS, altímetro, acelerômetros ou câmeras.

Computador a bordo

SensoresGiroscópios, sensor de estrelas, sensor solar oumagnetômetro

AtuadoresRodas de reação, propulsores, magnetorques

ATITUDE

AtuadoresPropulsores

OUTROS REQUISITOS

ΔVexecutado

SOLO

(est

imar

, ave

rigua

r, si

mul

ar,

deci

dir,

etc)

TRAJETÓRIA

Comandos de trajetória

GRANDE MAIORIA DAS MISSÕES

Posição e velocidade

SensoresRadiometria, GPS, altímetro, acelerômetros ou câmeras.

Computador a bordo

SensoresGiroscópios, sensor de estrelas, sensor solar oumagnetômetro

AtuadoresRodas de reação, propulsores, magnetorques

ATITUDE

AtuadoresPropulsores

OUTROS REQUISITOS

ΔVexecutado

SOLO

(est

imar

, ave

rigua

r, si

mul

ar,

deci

dir,

etc)

TRAJETÓRIA

Comandos de trajetória

GRANDE MAIORIA DAS MISSÕES

Posição e velocidade

SensoresRadiometria, GPS, altímetro, acelerômetros ou câmeras.

Computador a bordo

SensoresGiroscópios, sensor de estrelas, sensor solar oumagnetômetro

AtuadoresRodas de reação, propulsores, magnetorques

ATITUDE

AtuadoresPropulsores

OUTROS REQUISITOS

ΔVexecutado

SOLO

(est

imar

, ave

rigua

r, si

mul

ar,

deci

dir,

etc)

TRAJETÓRIA

Comandos de trajetória

GRANDE MAIORIA DAS MISSÕES

Posição e velocidade

SensoresRadiometria, GPS, altímetro, acelerômetros ou câmeras.

Computador a bordo

SensoresGiroscópios, sensor de estrelas, sensor solar oumagnetômetro

AtuadoresRodas de reação, propulsores, magnetorques

ATITUDE

AtuadoresPropulsores

OUTROS REQUISITOS

ΔVexecutado

SOLO

(est

imar

, ave

rigua

r, si

mul

ar,

deci

dir,

etc)

TRAJETÓRIA

Comandos de trajetória

GRANDE MAIORIA DAS MISSÕES

Posição e velocidade

SensoresRadiometria, GPS, altímetro, acelerômetros ou câmeras.

Computador a bordo

SensoresGiroscópios, sensor de estrelas, sensor solar oumagnetômetro

AtuadoresRodas de reação, propulsores, magnetorques

ATITUDE

AtuadoresPropulsores

OUTROS REQUISITOS

ΔVexecutado

SOLO

(est

imar

, ave

rigua

r, si

mul

ar,

deci

dir,

etc)

TRAJETÓRIA

Comandos de trajetória

GRANDE MAIORIA DAS MISSÕES

Posição e velocidade

DETERMINAÇÃO ORBITAL - OD (ESTIMAÇÃO)

INCERTEZAS!!!!

SensoresAltímetro, acelerômetros e câmeras.

Computador a bordo

SensoresGiroscópios, sensor de estrelas, sensor solar,magnetômetro

AtuadoresRodas de reação, propulsores, magnetotorques

ATITUDE

AtuadoresPropulsores

OUTROS REQUISITOS

Posição e velocidade

TRAJETÓRIA

OPERAÇÕES MAIS COMPLEXAS

NAVEGAÇÃO - MISSÕES INTERPLANETÁRIAS

Navegação

relativa

??????????????????????

NAVEGAÇÃO - MISSÕES INTERPLANETÁRIAS

● Não se pode contar com GPS;

● Radiometria: posição e velocidade relativo à Terra;

● Efemérides: tabelas astronômicas de posição e velocidade dos astros.

NAVEGAÇÃO - MISSÕES INTERPLANETÁRIAS

Radiometria

Efemérides

Navegação

relativa

RADIOMETRIA - DISTÂNCIA

RADIOMETRIA - DOPPLER

RADIOMETRIA - DDOR ou VLBIInterferometria de longa linha de base

EFEMÉRIDES

DEEP SPACE NETWORK - NASA

SALA DE CONTROLE - JPL/NASA

NAVEGAÇÃO óptica (ALGUMAS VEZES -> COMPLEMENTAR)

Ajuste de formatoEncontrar centro geométrico

Câmera OSIRIS-REx

ENFIM… COntinuação: SISTEMA SOLAR EXTERNO!

GRANDE INTERESSE NO SISTEMA SOLAR EXTERNO:MUNDOS OCEÂNICOS

MUNDOS OCEÂNICOS

MUNDOS OCEÂNICOS EM JÚPITER

MUNDOS OCEÂNICOS EM SATURNO

MUNDO OCEÂNICO EM NETUNO

MUNDOS OCEÂNICOS

CONTATO ÁGUA-SOLO: VIDA?

CONTATO ÁGUA-SOLO: VIDA?

JUNO (NASA) Europa clipper (NASA) JUICE (ESA)

MISSÕES EM JúPITER ATUAIS e CONFIRMADAS

Em Júpiter. Ainda será lançada. Estudar Europa.Chega em 2030.

Ainda será lançada.Foco especial em

Ganímedes.Chega em 2029.

MISSÃO PARA TITÃ (SATURNO) - DRAGONFLY (NASA)

Lançamento adiado para 2027.Primeira espaçonave a ir para o Sistema Solar

Externo e não passar por Júpiter.

NENHUMA CONFIRMADA, OU ATUALMENTE EM, URANO E NETUNO

MISSÕES PARA OUTROS CORPOS,

PRÓXIMA AULA

EUROPA CLIPPER● Lançamento em 2024

● Chega em 2030

● Caracterizar oceano e geologia

● Identificar local de pouso para sonda que pode ser lançada em 2027

● Estilingue gravitacional MUITO importante

EUROPA CLIPPER

EUROPA CLIPPER - Múltiplas assistências gravitacionais (estilingues)

46 Manobras em europa

4 Manobras em ganímedes

9 Manobras em calistoTrajetória em

3,7 anos

COMO não colidir?

B-PLANO

TIRO AO ALVO!

B-planoESPAÇONAVE

EXEMPLO: MISSÃO JUNO

PROJETO ESTILINGUE nA TERRA

560 km de altitude

MESES ANTES da PASSAGEM PELA TERRA, MEDIçÕES

PROJETO ESTILINGUE nA TERRA (TCM5)

TCM = Manobra de Correção de Trajetória

Solo determina elípse de incertezas com última medição

PROJETO ESTILINGUE nA TERRA (TCM5)

TCM = Manobra de Correção de Trajetória

Calcula manobra pra aproximar do alvo

PROJETO ESTILINGUE nA TERRA (TCM5)

TCM = Manobra de Correção de Trajetória

Estima com 99% de confiança onde deve interceptar com a manobra projetada

COMAnDOS PARA EXECUTAR TCM5

RECEBE E AGENDA PARA DATA E HORA PROJETADA

DEPOIS DE DIAS,EXECUTA MANOBRA

MAIS MEDIçÕES

PROJETO ESTILINGUE nA TERRA (TCM6)

Solo determina elípse de incertezas com última medição

PROJETO ESTILINGUE nA TERRA (TCM6)

Calcula manobra pra aproximar do alvo

PROJETO ESTILINGUE nA TERRA (TCM6)

Estima com 99% de confiança onde deve interceptar depois da manobra

COMAnDOS PARA EXECUTAR TCM6

RECEBE E AGENDA PARA DATA E HORA PROJETADA

DEPOIS DE DIAS,EXECUTA MANOBRA

MAIS MEDIçÕES

PROJETO ESTILINGUE nA TERRA (TCM7)

COMAnDOS PARA EXECUTAR TCM7

RECEBE E AGENDA PARA DATA E HORA PROJETADA

DEPOIS DE DIAS,EXECUTA MANOBRA

MAIS MEDIçÕES

PROJETO ESTILINGUE nA TERRA (TCM8)

● TCM8 estava planejada para 10 dias antes da passagem pela Terra;

● TCM9 planejado para DEPOIS da passagem.

● Cada elipse mostra 99% de certeza a cada nova medição antes da TCM8;

● Elipse verde, medição de 22-set-2013 (17 dias antes da passagem)

● TCM8 cancelada devido alta performance (abaixo de 43 kg de combustível p/ TCM9).

PARA INSERÇÃO ORBITAL, MESMA COISAJUNO, 5 dias antes da chegada, 2016

PARA INSERÇÃO ORBITAL, MESMA COISA

VOLTANDO PRA EUROPA CLIPPER… CADA UMA DAS MANOBRAS TEM SEU B-PLANOMAIS COMPLEXO (poucOS DIAS entre manobras)35 a 50 minutos P/ sinal chegar em JÚPITER

46 Manobras em europa

4 Manobras em ganímedes

9 Manobras em calisto

Trajetória em

3,7 anos

JUICE - TOUR PELAS LUAS DE JÚPITER

Ao fim, entra em orbita sobre Ganímedes

SISTEMA SOLAR INTERNO

“Em direção a Marte!” - Friedrich Zander

MERCÚRIO

Bepicolombo (ESA & JAXA)

VÊNUS

VERITAS & DAVINCI+

VERITAS, 2028Mapeamento de vênus

DAvinci+, 2029-2030Medir atmosfera e possibilidade de

oceanos passados

MARTE

MARS 2020

MARS 2020

MARS 2020

Diferentes soluções de navegação para a entrada

Onde a espaçonave passaria sem TCM3

Diferentes soluções de navegação para a entrada

Depois da TCM3

Diferentes soluções de navegação para a entrada

Alvo!

Por onde entrou

POUSO PROPULSADO

POUSO PROPULSADO

NAVEGAÇÃO ÓPTICA RELATIVA AO TERRENO (TRN)Com trn, risco reduzido de 20% a 0,3%

PREDIÇÃO do local de pouso usandoÚltima Solução de navegação

ASTEROIDES

NAVEGAÇÃO - MISSÕES ASTEROIDES

Radio

met

ria

Grandes

incertezas de

Efemérides????

Navegação

relativa

????

Efemérides?

Efemérides?

Efemérides?

NAVEGAÇÃO - MISSÕES ASTEROIDES - HAYABUSA 2

900 m

Espaçonave ficou maior parte do tempo a 20 km do corpo

Incerteza de Efemérides de quase 500 km

20 km

500 km

NAVEGAÇÃO - MISSÕES ASTEROIDESNAVEGAÇÃO óptica é o principal

Radiometria complementa

MIssões ASTEROIDES - MUITAS INCERTEZAS antes da chegada!

QUAL O TAMANHO?

QUAL O FORMATO?

QUAL A MASSA?

TEM LUAZINHAS?

EXEMPLO: COMETA 67P antes da chegada da sonda rosetta

Formato cometa 67P pré-Rosetta Formato real cometa 67P

PRé-caracterização osiris-rex

Diminuir a incerteza em massa de 30% para 2%

Baixa gravidadeExemplo: osiris-rex

1 kmΔV = 3 cm/sESCAPE!

ΔV = - 2,5 cm/sCOLISÃO!

MIssões ASTEROIDES

ORBITALVOO PAIRADO

Espaçonave fixa em relação ao asteroides

MISSÕES a ASTEROIDES tendem a ser bastante cautelosasEXEMPLO - OSIRIS-REX

Pouso - COLETA de amostras - hayabusa 2

Pouso - COLETA de amostras - OSIRIS-REX

ASTEROIDES

O BRASIL DEVERIA INVESTIR EM MISSÕES INTERPLANETárias?

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OBRIGADO!

rodolfobnegri.com

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