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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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