O uso de sistemas de posicionamento por satélite vem se tornando uma necessidade mundial cada vez mais importante em termos comerciais e militares. O Plano Nacional de Defesa brasileiro, publicado em 2008 por meio de Decreto Presidencial, estabelece que o Ministério da Defesa e o Ministério da Ciência e Tecnologia promoverão medidas com vistas a garantir a autonomia de produção, lançamento, operação e reposição de sistemas espaciais, inclusive por meio de atividades de capacitação de pessoal nas áreas de concepção, projeto, desenvolvimento e operação de sistemas espaciais. O Decreto prevê o desenvolvimento de alternativas nacionais aos sistemas de localização e de posicionamento dos quais o Brasil depende, para fins de monitoramento e controle. Ainda, o desenvolvimento de tecnologia de determinação de coordenadas geográficas a partir de satélites é listado como prioridade para o setor aeroespacial do Brasil nesse Plano. Esta dissertação objetiva propor uma configuração de segmento espacial para um Sistema Brasileiro de Posicionamento por Satélites. Essa configuração representa um importante passo num projeto preliminar para o mesmo, devendo ser selecionadas as características de órbita para os satélites empregados no sistema. Utilizando cálculos baseados em Astrodinâmica e mediante restrições calculadas para a operação dos satélites, são apresentados dados para fundamentação da seleção e dimensionamento do segmento espacial do Sistema.

Neste trabalho, consideramos a comensurabilidade entre as freqüências do movimento médio do satélite artificial com o movimento de rotação da Terra, considerando-se o achatamento da Terra. A ressonância estudada é a 2:1 (satélite de 12 horas). O comportamento do sistema dinâmico completo é complexo, apresentando órbitas regulares e caóticas. Ao considerarmos o segundo harmônico zonal (J20) e o segundo harmônico tesseral (J22) no desenvolvimento do geopotencial, obtivemos três ângulos ressonantes críticos para analisar: j2201, j2211 e j2221. Através de simulações numéricas e do modelo analítico, verificamos que os dois primeiros apresentam movimentos de libração e circulação enquanto o terceiro apresenta somente circulação. Através de sucessivas transformações canônicas, simplificamos o problema. A Hamiltoniana assim obtida é linearizada, dando origem à Hamiltoniana do pêndulo simples, útil para calcular a semilargura da separatriz. Desta forma, obtemos uma previsão teórica aproximada das regiões de movimento regular e das de movimento caótico. Na região de movimento regular, estudamos o sistema dinâmico considerando-se cada ângulo crítico separadamente, o que é de fundamental importância para compreender seus efeitos de superposição e o surgimento do caos. Para finalizar, a caracterização qualitativa e quantitativa de efeitos não-lineares da dinâmica com dois graus de liberdade foi realizada com o emprego de seções de Poincaré e o cálculo do maior expoente de Lyapunov. De forma geral, concluímos que o caráter caótico torna-se maior à medida que aumentamos a inclinação e/ou a excentricidade.

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No. of bitstreams: 1 santos_jc_dr_guara.pdf: 78449557 bytes, checksum: 4515b9cb7cc346753f7e9682b8e037de (MD5) Previous issue date: 2018-07-04 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Nowadays, despite the technological development experienced by science in general, a fact especially evident by the available powerful computer machines, the analytical and semi-analytical methods to study different space problems are still of great importance in the fields of astrodynamics and celestial mechanics. From the physical understanding of the motion of celestial bodies to the planing and designing of space missions, the use of mathematical models to deal with a very large number of contemporary problems plays a fundamental role in the progress of human knowledge. In this context, the present thesis presents the use of different mathematical techniques to deal with different various and current problems in astrodynamics and celestial mechanics. The studies developed throughout this work are applicable to both areas. The topics studied are the following ones: (1) The development of disturbing potentials using the double-averaging process, in order to be included in the Lagrange planetary which are numerically integrated to study features of orbits around Mercury and the Galilean moon Callisto; (2) The use of different perturbation integrals, techniques to identify and map different perturbations present in a planetary system, with focus on the analysis of systems of Giant planets with their massive moons; (3) The use of the concept of intermediary Hamiltonian and the use of a canonical transformation called elimination of the parallax, both to deal with binary systems in the context of the roto-orbital dynamics, this one as an approach of the fulltwo body problem; (4) An updated analysis of Gauss variational equations to study quasisatellite orbits around the Martian moon Phobos and with analytical predictions made after obtaining linear and averaged equations of motions. Therefore, this thesis intend not only to provide important analysis and results for each specific problem which it deals with along its pages, but also seeks to highlighting the merit and current relevance of different analytical and semi-analytical methods to be used in the fields of astrodynamics and celestial mechanics. Additionally, the author also hopes to offer an outcome of diverse interesting ideas and methods to be explored in future investigations in these research fields / Na atualidade, a despeito do desenvolvimento tecnológico experimentado pela ciência em geral, algo especialmente evidenciado por poderosas máquinas computacionais disponíveis, os métodos analíticos e semianalíticos para o estudo de diferentes problemas espaciais ainda são de grande importância nos campos de astrodinâmica e mecânica celeste. Desde a compreensão física do movimento de corpos celestes até ao planejamento e projeto de missões espaciais, o uso de modelos matemáticos para lidar com um grande número de problemas contemporâneos desempenha um papel fundamental no progresso do conhecimento humano. Neste contexto, a presente tese apresenta o uso de diferentes técnicas matemáticas para lidar com diversos e atuais problemas em astrodinâmica e mecânica celeste. Os estudos desenvolvidos ao longo deste trabalho são aplicáveis à ambas as áreas. Os tópicos estudados são os seguintes: (1) O desenvolvimento de potenciais perturbadores usando o processo de dupla média, de forma a serem incluídos nas equações planetárias de Lagrange que são integradas numericamente para estudar características de órbitas ao redor de Mercúrio e da lua galileana Calisto; (2) A utilização de diferentes integrais de perturbação, técnicas para identificar e mapear diferentes perturbações presentes em um sistema planetário, com foco na análise de sistemas de planetas gigantes com suas luas massivas; (3) A utilização do conceito de hamiltoniana intermediária e o uso de uma transformação canônica chamada eliminação da paralaxe, ambos para lidar com sistemas binários no contexto da dinâmica roto-orbital, essa sendo uma aproximação do problema completo de dois corpos; (3) Uma análise atualizada de equações variacionais de Gauss para o estudo de órbitas quasi-satélite ao redor da lua marciana Fobos e com predições analíticas realizadas após serem obtidas equações de movimento linearizadas e com média. Portanto, esta tese pretende não somente prover importantes análises e resultados para cada problema específico com os quais a mesma lida ao longo de suas páginas, mas também procura destacar o mérito e relevância atual de diferentes métodos analíticos e semianalíticos a serem utilizados nos campos de astrodinâmica e mecânica celeste. Adicionalmente, o autor também espera oferecer um produto de variadas ideias e métodos a serem explorados em futuras investigações nesses campos de pesquisa / 2013/26652-4 / 2015/18881-9