Neste trabalho é estudo o movimento orbital de um satélite artificial com período comensurável com o da rotação da Terra na razão 2:1. Foram consideradas órbitas quase circulares e os efeitos perturbadores devido ao geopotencial, à atração luni-solar e à pressão da radiação solar direta. Consideramos também o efeito da zona de sombra da Terra. Através da aplicação do método de Hori, que mantém na hamiltoniana apenas termos seculares e um ressonante, é obtido um sistema dinâmico que é reduzido à um grau de liberdade. O problema não perturbado é redefinido devido à ressonância. A partir da solução do sistema auxiliar de Hori são eliminados os termos periódicos e no novo sistema médio são estudados os efeitos das perturbações em torno dos pontos de equilíbrio estável.

Neste trabalho é apresentada uma teoria analítica, para o estudo do movimento de satélites artificiais terrestres, considerando perturbações devido ao geopotencial e à força de arrasto atmosférico. O estudo é feito considerando-se o geopotencial até a ordem de J20 e, para a força de arrasto os seguintes efeitos, agindo simultâneamente: a) modelo quadrático para a escala de altura; b) achatamento da atmosfera; c) variação diurna-noturna da densidade atmosférica com o fluxo solar e d) rotação da atmosfera. Variáveis não singulares são introdizidas e, com isto, a teoria pode ser aplicada para satélites com excentricidades e inclinações próximas de zero. A integração do sistema de equações que descreve o problema é feita utilizando-se método para sistemas canônicos generalizados.

Com o advento dos satélites artificiais, o estudo sobre micro-gravidade ganhou importância fundamental face a grande utilidade desta em diversas áreas. Norte-americanos, soviéticos e em breve europeus, se destacam como os mais avançados em estudo desta natureza graças as estações orbitais e veículos reetráveis que possuem. A China conseguiu entrar neste pequeno circulo de pesquisas sobre micro-gravidade através de seu satétite recuperável, o BIO-SATELLITE. Nele, experimentos são desenvolvidos enquanto em órbita e analisados em terra graças ao retorno deste por meio de controladores automáticos, aterrissando em pontos previamente estabelecidos. Este trabalho está voltado para a análise da dinâmica de reentrada atmosférica, onde os parâmetros essenciais desta missão são discutidos de maneira genérica tais como janela de reentrada, desceleração, aquecimento aerodinâmico, empuxo nescessário para efetuar uma reentrada que atenda aos níveis de limitação física, ponto de aterrissagem e análise das dimensões do paraquedas para um freamento em altitudes próximas ao ponto de ímpacto. Apesar de ser um trabalho com abordagem genérica, procura-se nele uma relação o mais próximo possível da realidade, mostrando a viabilidade deste como projeto.

Este trabalho aplica métodos teóricos e numéricos no estudo de dinâmicas de captura e escape no problema restrito circular plano dos três corpos (PRCP3C). Investiga-se sob que condições seria possível provar que o PRCP3C deixa invariante um conjunto de Cantor no qual sua dinâmica é topologicamente conjugada ao shift de infinitos símbolos. Esse resultado seria suficiente para mostrar a existência de órbitas de captura e escape globais no PRCP3C. No contexto de missões espaciais, faz-se um estudo numérico da topologia de conjuntos conhecidos como fronteiras de estabilidade fraca para melhorar a performance das transferências de baixa energia em termos de consumo de combustível. Os resultados do estudo são usados como ponto de partida para obtenção de trajetórias de baixa energia Terra-Lua usando o modelo do problema bicircular.

This thesis consists of an extensive study of the Weak Stability Boundary (WSB) concept in low-energy Earth-to-Moon mission design within the mathematical structure provided by the Planar Circular Restricted Three-Body Problem (PCR3BP). By employing the patched three-body approach to approximate the Sun-Earth-Moon-spacecraft system, we examine and characterize the construction of Earth-to-Moon transfer orbits. Then, we focus on the final portion of the transfer trajectories, investigating the WSB algorithmic definition proposed by E. Belbruno. We perform a dynamical characterization of the WSB associated sets generated in the lunar sphere of influence by two implementations of this algorithmic definition, namely, considering the Moon as a punctual mass and as a body with finite radius. In addition, the associated sets are analysed according to relevant criteria established on three-body problem elements in order to clarify their possible applicability in external and internal transfers and to verify the consistency of the algorithmic construction procedure. Finally, we extract the boundary of stability and investigate the structure of the boundary set by characterizing specific stable-unstable transitions. This study identifies various vulnerable aspects of the algorithmic definition concerning the adequate detection of stability regions for ballistic lunar capture, and indicates required corrections to the algorithmic construction.

O movimento rotacional de um satélite artificial é analisado, considerando or torques de gradiente e gravidade e de pressão de radiação solar direta. As variaveis de Andoyer são utilizadas para descrever o movimento rotacional do satélite, e as equações do movimento são dadas na forma canônica estendida. Um modelo para o torque devido à pressão de radiação solar direta é apresentado e seus componentes são determinadas no sistema de eixos principais de inércia do satélite. Uma aplicação particular é realizada para o caso de um satélite de forma cilíndrica com base circular, verificando-se que a componente no eixo principal de inércia Z do torque de pressão de radiação solar direta é nula. Utilizando o método de variação dos parâmetros, funções explícitas do tempo são obtidas para as variáveis de Andoyer quando a sombra da Terra não é considerada. A solução analítica mostra que as variáveis angulares são funções lineares e periódicas no tempo, mas as variáveis métricas sofrem apenas variações periódicas. Uma solução numérica também é determinada para as equações do movimento rotacional de um satélite cilíndrico de base circular hipotético. A comparação entre os resultados numérico e analítico mostra uma boa concordância para o intervalo de tempo considerado. Uma abordagem semi-analítica é proposta, utilizando a solução analítica para predizer a atitude do satélite quando a sombra da Terra é considerada.

Esta trabalho consiste no desenvolvimento e teste em simulação de um software para integrar o GPS (Sistema de Posicionamento Global por Satélite) a um SNI (Sistema de Navegação Inercial). A fim de integrar os dois sistemas foi utilizado um Filtro Kalman Estendido (FKE), e o GPS foi considerado como um aucílio externo para o SNI. O filtro de Kalman foi utilizado para estimar os erros presentes na informação fornecida pelo SNI.

O presente trabalho apresenta um algoritmo e procedimentos para a obtenção de parâmetros orbitais e determinação preliminar de órbitas, a partir de dados de posição fornecidos por radar. Utiliza-se um modelo simplificado, baseado no problema dos dois corpos, que envolve a resolução de um problema de valor de contorno em dois pontos através do método de Gauss. Uma propagação de órbita simplificada é efetuada considerando-se apenas as variações seculares devidas aos efeitos perturbadores do achatamento da Terra. Assim, as observações obtidas pelo radar são processadas seqüencialmente e a órbita determinada e/ou propagada através de soluções analíticas, evitando-se a integração numérica. Os resultados dos testes realizados sob condições simuladas, e por comparação com parâmetros previamente conhecidos, indicam a viabilidade da utilização do algoritmo proposto, em sistemas autônomos de determinação de órbita.

A partir da formulação geral do geopotencial que envolve a anomalia média e os coeficientes de Hansen (função da excentricidade) procuramos um núcleo integrável para as equações do movimento do sistema dinâmico com ressonância. Estas equações admitem o estudo de ressonâncias de comensurabilidade qualquer entre a freqüência do movimento médio do satélite e a rotação da Terra. Introduzindo algumas hipóteses no geopotencial, que implicam no estudo isolado de cada ângulo crítico, encontramos duas integrais primeiras que tornam o sistema de equações diferenciais integrável. Este estudo só é possível devido às fórmulas de recorrência para os coeficientes de Hansen que permitem utilizá-los, sem desenvolvê-los em potências da excentricidade. O resultado torna-se interessante à medida que mostra a possibilidade de se trabalhar analiticamente, o que resulta numa série de facilidades, com sistemas ressonantes em altas excentricidades. Uma exploração numérica para órbitas com excentricidade até 0,9 encerra este trabalho dando uma visão qualitativa das possibilidades que se abrem a partir deste modelo analítico.

Para se estudar o fenômeno da combustão supersônica é necessário utilizar equipamentos para ensaios em solo, tais como túneis de choque, aceleradores de massa e geradores de ar viciado. Para este fim, está sendo instalado no Instituto de Estudos Avançados (IEAv/DCTA) uma bancada de ensaio de combustão supersônica do tipo diretamente conectada, composta por um gerador de ar viciado (GAV) acoplado a um bocal supersônico. Esta bancada estava instalada inicialmente no Laboratório de Combustão e Propulsão (LCP/INPE), mas foi desativada. Uma bancada similar a esta, com melhorias, está sendo montada no IEAv a fim de contribuir o estudo da combustão supersônica que ocorre no combustor do Veículo Hipersônico Aeroespacial 14-X, que está em desenvolvimento neste Instituto. O escoamento de ar na saída da bancada deverá simular as mesmas condições do escoamento após as ondas de choque formadas pela parte frontal do veículo voando em velocidades hipersônicas. Estas condições são aquelas encontradas na entrada no combustor do scramjet (estato-reator a combustão supersônica), cujas principais características são: velocidades supersônicas e a alta temperatura. De forma a simular este fluxo supersônico, o ar é aquecido por combustão no interior do GAV, enriquecido com oxigênio e acelerado através da tubeira. Este escoamento deve apresentar as propriedades desejadas para o ensaio, além de conter os produtos da combustão, sendo por este motivo chamado de ar viciado, mantendo a mesma proporção de oxigênio da atmosfera. Para isto ocorrer, deve-se avaliar as condições do escoamento ao longo de toda a bancada, de forma a encontrar a melhor razão de equivalência entre os reagentes utilizados para aquecer o ar no GAV para manter a proporção especificada de oxigênio na saída da bancada, bem como determinar a geometria necessária da tubeira para que o escoamento seja acelerado até a velocidade desejada. Neste trabalho é apresentada uma metodologia para este estudo que analisa os processos de combustão no interior do GAV e da injeção de oxigênio suplementar, como também a aceleração através da tubeira considerando dois modelos de gás: caloricamente perfeito e congelado (frozen). Com este estudo será possível ajustar e controlar as condições do escoamento na saída do bocal supersônico, de forma a simular o ar que entra no combustor do 14-X quando em voo, permitindo assim o desenvolvimento das pesquisas da combustão supersônica no interior do motor scramjet.