Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-08-29Bitstream added on 2014-06-13T19:53:17Z : No. of bitstreams: 1 gaspar_hs_me_guara.pdf: 5532943 bytes, checksum: 36914104bcf66e5c6eede927677242df (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A existência de satélites irregulares é um tema de interesse científico há muito tempo devido às suas características peculiares, isto é, órbitas bem excêntricas, distantes do planeta e geralmente com altas inclinações em relação ao plano equatorial de seu planeta, chegando a ser em grande parte retrógradas. A existência de famílias de satélites irregulares, caracterizadas pela semelhança dos elementos orbitais dos satélites que as compõem é, ainda hoje, um fato não explicado. Tais características sugerem que os satélites irregulares não tenham sido formados juntamente com os planetas que estes orbitam, como se acredita ser o caso dos satélites regulares. Deste modo, uma explicação coerente para a existência dos mesmos é a captura gravitacional de corpos, formados em outras regiões, a partir de órbitas heliocêntricas após a ocorrência de um encontro próximo com o planeta. Entretanto, sob a dinâmica do Problema Circular Restrito de Três Corpos - PCR3C - capturas gravitacionais têm carater temporário, o que torna necessária a existência de um mecanismo de captura auxiliar. Isto tem incentivado, por anos, à proposição de vários modelos para explicar a existência dos satélites irregulares através da captura gravitacional, dentre os quais três se destacam na literatura: Dissipação por arrasto em gás, Pull-down capture – captura por puxão, interação colisional ou por encontros próximos com satélites pré-existentes, capturas de planetesimais durante encontros planetários e captura de asteróides binários. Considerando a dinâmica de 4-Corpos, investigamos numericamente a viabilidade de um modelo no qual um ente de um asteróide binário é capturado após sofrer um encontro próximo com um Júpiter, avaliando as condições que propiciam a captura de cada um dos membros, realizando um mapeamento dos parâmetros de modo... / The existence of irregular satellites has been the focus of scientific interest for many years. That is due to their peculiar orbital features, i.e., highly eccentric orbits, large distance from the planet and, usually, with high inclination and many of them are retrograde. There are very well characterized families of irregular satellites, whose origin were not explained yet. These features suggest that irregular satellites were not formed together with the planet, during its formation stage, as were the regular ones. Therefore, an explanation for their existence is the gravitational capture of asteroids, originally in heliocentric orbits, that had a close encounter with the planet. However, considering only the Restrict Three Body Problem dynamics, it is not possible to accomplish permanent captures, being necessary the existence of an auxiliary mechanism. Then, several models were proposed in order to generate a permanent capture. Among the most important we found Gas drag dissipation, Pull-down capture, collisional and close encounters interactions with regular satellites, capture during planetary encounters and capture of binary asteroids. The current research had assessed how viable is a 4-body mechanism in which a member body of a binary asteroid remain captured after a close encounter with Jupiter. In order to accomplish that, we have mapped a set o parameters in order to find the proper conditions to yield the capture of one member. From the main results it is shown a very well permanent capture probability of the minor member when the primordial binary asteroid disrupts at a suitable “quadrature” configuration. Finally, it is also shown that this capture mechanism is well explained through energy exchanges.

Resumo: A existência de satélites irregulares é um tema de interesse científico há muito tempo devido às suas características peculiares, isto é, órbitas bem excêntricas, distantes do planeta e geralmente com altas inclinações em relação ao plano equatorial de seu planeta, chegando a ser em grande parte retrógradas. A existência de famílias de satélites irregulares, caracterizadas pela semelhança dos elementos orbitais dos satélites que as compõem é, ainda hoje, um fato não explicado. Tais características sugerem que os satélites irregulares não tenham sido formados juntamente com os planetas que estes orbitam, como se acredita ser o caso dos satélites regulares. Deste modo, uma explicação coerente para a existência dos mesmos é a captura gravitacional de corpos, formados em outras regiões, a partir de órbitas heliocêntricas após a ocorrência de um encontro próximo com o planeta. Entretanto, sob a dinâmica do Problema Circular Restrito de Três Corpos - PCR3C - capturas gravitacionais têm carater temporário, o que torna necessária a existência de um mecanismo de captura auxiliar. Isto tem incentivado, por anos, à proposição de vários modelos para explicar a existência dos satélites irregulares através da captura gravitacional, dentre os quais três se destacam na literatura: Dissipação por arrasto em gás, Pull-down capture - captura por puxão, interação colisional ou por encontros próximos com satélites pré-existentes, capturas de planetesimais durante encontros planetários e captura de asteróides binários. Considerando a dinâmica de 4-Corpos, investigamos numericamente a viabilidade de um modelo no qual um ente de um asteróide binário é capturado após sofrer um encontro próximo com um Júpiter, avaliando as condições que propiciam a captura de cada um dos membros, realizando um mapeamento dos parâmetros de modo... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The existence of irregular satellites has been the focus of scientific interest for many years. That is due to their peculiar orbital features, i.e., highly eccentric orbits, large distance from the planet and, usually, with high inclination and many of them are retrograde. There are very well characterized families of irregular satellites, whose origin were not explained yet. These features suggest that irregular satellites were not formed together with the planet, during its formation stage, as were the regular ones. Therefore, an explanation for their existence is the gravitational capture of asteroids, originally in heliocentric orbits, that had a close encounter with the planet. However, considering only the Restrict Three Body Problem dynamics, it is not possible to accomplish permanent captures, being necessary the existence of an auxiliary mechanism. Then, several models were proposed in order to generate a permanent capture. Among the most important we found Gas drag dissipation, Pull-down capture, collisional and close encounters interactions with regular satellites, capture during planetary encounters and capture of binary asteroids. The current research had assessed how viable is a 4-body mechanism in which a member body of a binary asteroid remain captured after a close encounter with Jupiter. In order to accomplish that, we have mapped a set o parameters in order to find the proper conditions to yield the capture of one member. From the main results it is shown a very well permanent capture probability of the minor member when the primordial binary asteroid disrupts at a suitable "quadrature" configuration. Finally, it is also shown that this capture mechanism is well explained through energy exchanges. / Orientador: Othon Cabo Winter / Coorientador: Ernesto Vieira Neto / Banca: Tadashi Yokoyama / Banca: Fernando Virgilio Roig / Mestre

Orientador: Ernesto Vieira Neto / Co orientador: Antônio Delson C. de Jesus / Banca: Rodney da Silva Gomes / Banca: Tadashi Yokoyama / Resumo: Neste trabalho, apresentamos um estudo sobre a formação dos satélites irregulares de Júpiter por meio da captura gravitacional de asteróides binários. Analisamos as condições de ruptura/captura para um dos membros de um asteróide binário após um encontro próximo com o planeta considerando um conjunto de condições iniciais do Modelo de Nice. O sistema integrado é composto por quatro corpos: Sol, Júpiter e os membros do asteróide binário. Analisamos também o efeito do achatamento do membro mais massivo do asteróide binário. Nos resultados apresentados é possível perceber a relevância das perturbações, devidas ao Sol e ao achatamento, nos processos de troca de energia e momento angular para que um membro do asteróide torne-se permanentemente capturado. As configurações finais dos asteróides capturados são compatíveis com os objetos reais observados. / Abstract: In this work, we present a study on the irregular Jupiter's satellites formation by gravitational capture of binay asteroids. We analyze the conditions of capture to one or two members of the binary asteroid after a close-approach wiht the planet considering a set of initial conditions derived from Nice Model. Our system is composed of four bodies: Sun, Jupiter and the members of the binary asteroid. We also analyzed the oblateness effect of the bigger member of binary asteroid. The presented results showed the relevance of perturbations, due to Sun and the oblateness, in the process of exchange of energy and angular momentum for a member of the asteroid who will become permanently captured. The final configuration of captured asteroids are compatible with the real objects observed. / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:30Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-14Bitstream added on 2014-06-13T18:47:59Z : No. of bitstreams: 1 santana_shs_me_guara.pdf: 2070821 bytes, checksum: 703e21fd0e1eb018530b1aa231fa0813 (MD5) / Neste trabalho, apresentamos um estudo sobre a formação dos satélites irregulares de Júpiter por meio da captura gravitacional de asteróides binários. Analisamos as condições de ruptura/captura para um dos membros de um asteróide binário após um encontro próximo com o planeta considerando um conjunto de condições iniciais do Modelo de Nice. O sistema integrado é composto por quatro corpos: Sol, Júpiter e os membros do asteróide binário. Analisamos também o efeito do achatamento do membro mais massivo do asteróide binário. Nos resultados apresentados é possível perceber a relevância das perturbações, devidas ao Sol e ao achatamento, nos processos de troca de energia e momento angular para que um membro do asteróide torne-se permanentemente capturado. As configurações finais dos asteróides capturados são compatíveis com os objetos reais observados. / In this work, we present a study on the irregular Jupiter’s satellites formation by gravitational capture of binay asteroids. We analyze the conditions of capture to one or two members of the binary asteroid after a close-approach wiht the planet considering a set of initial conditions derived from Nice Model. Our system is composed of four bodies: Sun, Jupiter and the members of the binary asteroid. We also analyzed the oblateness effect of the bigger member of binary asteroid. The presented results showed the relevance of perturbations, due to Sun and the oblateness, in the process of exchange of energy and angular momentum for a member of the asteroid who will become permanently captured. The final configuration of captured asteroids are compatible with the real objects observed.

This thesis describes the design, implementation and analysis for a preliminary study for DLR's MASCOT lander's next mission to Small Solar System Bodies (SSSB). MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout) is a nano-lander that flew aboard Hayabusa2 (JAXA) to an asteroid, Ryugu. It is a passive nano-spacecraft that can only be deployed ballistically from a hovering spacecraft. Current research focusses on optimizing similar close-approach missions for deploying landers or small cubesats into periodic orbits but does not provide solutions with semi-autonomous small landers deployed from farther distances. This study aims to overcome this short-coming by proposing novel yet simple Guidance, Navigation and Control (GNC) and Propulsion systems for MASCOT. Due to its independent functioning and customisable anatomy, MASCOT can be adapted for several mission scenarios. In this thesis, a particular case-study is modelled for the HERA (ESA) mission. The first phase of the study involves the design of a landing trajectory to the moon of the Didymos binary asteroid system. For a preliminary analysis, the system - Didymain (primary body), Didymoon (secondary body) and MASCOT (third body) - are modelled as a Planar Circular Restricted Three Body Problem (PCR3BP). The numerical integration methodology used for the trajectory is the variable-step Dormand–Prince (Runge Kutta) ODE-4,5 (Ordinary Differential Equation) solver. The model is built in MATLAB-Simulink (2019a) and refined iteratively by conducting a Monte Carlo analysis using the Sensitivity Analysis Tool. Two models - a thruster-controlled system and an alternative hybrid propulsion system of solar sails and thrusters - are simulated and proven to be feasible. The results show that the stable manifold near Lagrange 2 points proposed by Tardivel et. al. for ballistic landings can still be exploited for distant deployments if a single impulse retro-burn is done at an altitude of 65 m to 210 m above ground with error margins of 50 m in position, 5 cm/s in velocity and 0.1 rad in attitude. The next phase is the conceptual design of a MASCOT-variant with GNC abilities. Based on the constraints and requirements of the flown spacecraft, novel GNC and Propulsion systems are chosen. To identify the overriding factors in using commercial-off-the-shelf (COTS) for MASCOT, a market survey is conducted and the manufacturers of short-listed products are consulted. The final phase of the study is to analyse the proposed equipment in terms of parameter scope and capability-oriented trade-offs. Two traceability matrices, one for devised solutions and system and another for solutions versus capabilities, are constructed. The final proposed system is coherent with the given mass, volume and power constraints. A distant deployment of MASCOT-like landers for in-situ observation is suggested as an advantageous and risk-reducing addition to large spacecraft missions to unknown micro-gravity target bodies. Lastly, the implications of this study and the unique advantages of an enhanced MASCOT lander are explored for currently planned SSSB missions ranging from multiple rendezvous, fly-by or sample-return missions. Concluding, this study lays the foundation for future work on advanced GNC concepts for unconventional spacecraft topology for the highly integrated small landers. / <p>This thesis is submitted as per the requirements for the Spacemaster (Round 13) dual master's degree under the Erasmus Mundus Joint Master's Degree Programme. </p> / MASCOT team, DLR