Satélites estabilizados por rotação e torque de radiação solar direta

Abstract

The aims of this work are to analyze the direct solar radiation pressure torque (TPRS) in the rotational motion of spin-stabilized artificial satellites, to numerically implement these solutions and to compare the results with real data of the Brazilian Satellite Data Collection – SCD1 and SCD2, supplied by INPE. The mathematical model for this torque is determined for a cylindrical satellite, and the components of this torque are determined in a fixed system in the satellite. An analytical solution for the spin motion equations is proposed, in which TPRSD does not affect the spin velocity of the satellite. Two approaches are adopted in the numerical implementation of the developed theory: the first one considers the proposed theory and the second introduces a variation in the spin velocity based on its real variation. The results obtained indicate that the solar radiation pressure torque has little influence in the right ascension and declination axis of rotation due to the small dimension of the satellite and altitude in which it is found. To better validate the application of the presented theory, the angular deviation of the spin axis and solar aspect angle were also analyzed. The comparison of the results of the approaches conducted with real data show good precision in the theory, which can be applied in the prediction of the rotational motion of the spin-stabilized artificial satellites, when others external torques are considered besides the direct solar radiation pressure torque

Este trabalho tem por objetivo analisar a influência do torque de pressão de radiação solar direta (TPRS) no movimento rotacional de satélites artificiais estabilizados por rotação, implementar numericamente estas soluções e comparar os resultados com os dados reais dos Satélites Brasileiros de Coleta de Dados – SCD1 e SCD2, fornecidos pelo INPE. Um modelo matemático para o torque de pressão de radiação solar direta é apresentado, seus componentes determinados em um sistema fixo no satélite e uma solução analítica para as equações do movimento rotacional é proposta. É usada a solução do torque de radiação solar direta para um satélite cilíndrico. São utilizadas duas formas de abordagens, a primeira simplesmente leva em conta a teoria proposta e a segunda introduz uma função baseada na variação da velocidade de rotação real para acompanhar a implementação, visto que o torque de pressão de radiação solar direta não tem componente que atua na velocidade de rotação. Os resultados de ambas as abordagens apontam que este torque tem pouca influência na ascensão reta e declinação do eixo de rotação, devido a pequena magnitude deste torque para o satélite com as características do SCD1 e SCD2. Para melhor validar a aplicação do modelo aqui desenvolvido, são também analisados o desvio angular do eixo de rotação e o ângulo de aspecto solar. As comparações dos resultados das abordagens realizadas com os dados reais acenam para uma coerência na teoria, podendo ser aplicada na predição do movimento rotacional de satélites artificiais estabilizados por rotação munido de outros torques externos além do torque de pressão de radiação solar direta