A Astrobiologia é uma área de pesquisa crescente no Brasil, na qual se estuda o fenômeno da vida no Universo. Um de seus subtemas estuda as bioassinaturas: substâncias que evidenciam da presença de vida, passada ou presente. Foram investigadas em laboratório a detectabilidade de biomoléculas, que são potenciais bioassinaturas moleculares, e a fotoestabilidade de suas assinaturas espectroscópicas em ambientes extraterrestres simulados. Os experimentos foram baseados em irradiações no ultravioleta, que é a principal faixa da radiação solar responsável pela evolução e degradação de moléculas orgânicas em ambientes espaciais. Um maior foco foi dado aos pigmentos biológicos β-caroteno e clorofila a, os quais foram irradiados puros e/ou misturados a diferentes substratos inorgânicos, mimetizando superfícies de planetas rochosos, satélites e asteroides. Foram utilizadas as instalações do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em especial a linha de luz TGM, na faixa do UV, VUV e EUV, e também lâmpadas de baixa pressão que emitem na faixa do UVC. Na Câmara de Simulação Espacial e Planetária (AstroCam), do Núcleo de Pesquisa em Astrobiologia da USP (NAP/Astrobio), diversos parâmetros ambientais foram controlados para simular as condições da superfície de Marte. E balões de alta-altitude foram utilizados para testar a resposta de biomoléculas na estratosfera, cujas condições são similares às da superfície marciana, além de validar experimentos que podem ser enviados em missões espaciais. As mudanças nas respostas espectroscópicas das biomoléculas foram medidas por absorbância no UV-Vis e no IR e por espalhamento Raman, algumas in situ e em tempo real e outras ex situ. As técnicas provaram ser adequadas para esses estudos pois forneceram informações sobre as fotoestabilidades das respostas espectroscópicas das biomoléculas, permitindo testar seus potenciais como bioassinaturas em diferentes superfícies do Sistema Solar. Os resultados também podem contribuir para missões espaciais, dando suporte ao desenvolvimento e otimização de técnicas e procedimentos para estudar os efeitos da exposição de biomoléculas a ambientes espaciais reais – em missões de pequeno porte e baixo custo, como CubeSats –, e até mesmo para a detecção de bioassinaturas em superfícies planetárias extraterrestres. / Astrobiology is a growing research area Brazil, which studies the phenomenon of life in the Universe. One of its sub-themes studies biosignatures: substances which evidence the presence of life, past or present. The detectability of biomolecules, which are potential molecular biosignatures, and the photostability of their spectroscopic signatures in simulated extraterrestrial environments were investigated in laboratory. The experiments were based on irradiations in the ultraviolet, which is the main range of solar radiation responsible for the evolution and degradation of organic molecules in space environments. The research was focused in the biological pigments β-carotene and chlorophyll a, which were irradiated in both pure form and/or mixed with different inorganic substrates, mimicking the surfaces of rocky planets, satellites and asteroids. The facilities of the Brazilian Synchrotron Light Laboratory (LNLS) were used, especially the TGM beamline in the UV, VUV and EUV range, as well as low pressure lamps emitting in the UVC range. In the Space and Planetary Simulation Chamber (AstroCam) of the Astrobiology Research Unit of USP, several environmental parameters were controlled to simulate the surface conditions of Mars. And high-altitude balloons were used to test the response of biomolecules in the stratosphere, where the conditions are similar to those of the Martian surface, in addition to validate experiments which can be sent in space missions. Changes in the biomolecules spectroscopic responses were measured by UV-Vis and IR absorbance and by Raman scattering, either in situ and in real time or ex situ. The techniques proved to be adequate for these studies, since they provided information on the photostability of the biomolecules spectroscopic responses, allowing the testing of their potential as biosignatures on different surfaces of the Solar System. The results can also contribute to space missions, supporting the development and optimization of techniques and procedures, both for the exposure of biomolecules to real space environments – in small and low-cost missions, such as CubeSats –, as well as for the actual detection of biosignatures on extraterrestrial planetary surfaces.

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.

Os sistemas computacionais embarcados em satélites ou naves espaciais devem satisfazer os requisitos funcionais para os quais foram projetados durante toda missão sem receber qualquer manutenção. Em geral, estes sistemas são fortemente redundantes, possuindo um número de unidades reservas suficiente para sobreviver durante missão sem que sua capacidade computacional seja comprometida. Este trabalho descreve um estudo realizado com o objetivo de selecionar a arquitetura de um Computador de Supervisão de Bordo para um satélite projetado para uma missão de 10 anos de duração em órbita terrestre. As arquiteturas candidatas são baseadas nas utilizadas nos computadores tolerantes a falhas desenvolvidos no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) para satélites de curta duração. Cada arquitetura selecionada foi analisada considerando a confiabilidade do sistema em função do número de unidades reservas e da taxa de falhas do módulo de reconfiguração, os pontos de falhas simples que podem levar o sistema para um estado inoperante e a complexidade do módulo de reconfiguração.

A Astrobiologia é uma área de pesquisa crescente no Brasil, na qual se estuda o fenômeno da vida no Universo. Um de seus subtemas estuda as bioassinaturas: substâncias que evidenciam da presença de vida, passada ou presente. Foram investigadas em laboratório a detectabilidade de biomoléculas, que são potenciais bioassinaturas moleculares, e a fotoestabilidade de suas assinaturas espectroscópicas em ambientes extraterrestres simulados. Os experimentos foram baseados em irradiações no ultravioleta, que é a principal faixa da radiação solar responsável pela evolução e degradação de moléculas orgânicas em ambientes espaciais. Um maior foco foi dado aos pigmentos biológicos β-caroteno e clorofila a, os quais foram irradiados puros e/ou misturados a diferentes substratos inorgânicos, mimetizando superfícies de planetas rochosos, satélites e asteroides. Foram utilizadas as instalações do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), em especial a linha de luz TGM, na faixa do UV, VUV e EUV, e também lâmpadas de baixa pressão que emitem na faixa do UVC. Na Câmara de Simulação Espacial e Planetária (AstroCam), do Núcleo de Pesquisa em Astrobiologia da USP (NAP/Astrobio), diversos parâmetros ambientais foram controlados para simular as condições da superfície de Marte. E balões de alta-altitude foram utilizados para testar a resposta de biomoléculas na estratosfera, cujas condições são similares às da superfície marciana, além de validar experimentos que podem ser enviados em missões espaciais. As mudanças nas respostas espectroscópicas das biomoléculas foram medidas por absorbância no UV-Vis e no IR e por espalhamento Raman, algumas in situ e em tempo real e outras ex situ. As técnicas provaram ser adequadas para esses estudos pois forneceram informações sobre as fotoestabilidades das respostas espectroscópicas das biomoléculas, permitindo testar seus potenciais como bioassinaturas em diferentes superfícies do Sistema Solar. Os resultados também podem contribuir para missões espaciais, dando suporte ao desenvolvimento e otimização de técnicas e procedimentos para estudar os efeitos da exposição de biomoléculas a ambientes espaciais reais – em missões de pequeno porte e baixo custo, como CubeSats –, e até mesmo para a detecção de bioassinaturas em superfícies planetárias extraterrestres. / Astrobiology is a growing research area Brazil, which studies the phenomenon of life in the Universe. One of its sub-themes studies biosignatures: substances which evidence the presence of life, past or present. The detectability of biomolecules, which are potential molecular biosignatures, and the photostability of their spectroscopic signatures in simulated extraterrestrial environments were investigated in laboratory. The experiments were based on irradiations in the ultraviolet, which is the main range of solar radiation responsible for the evolution and degradation of organic molecules in space environments. The research was focused in the biological pigments β-carotene and chlorophyll a, which were irradiated in both pure form and/or mixed with different inorganic substrates, mimicking the surfaces of rocky planets, satellites and asteroids. The facilities of the Brazilian Synchrotron Light Laboratory (LNLS) were used, especially the TGM beamline in the UV, VUV and EUV range, as well as low pressure lamps emitting in the UVC range. In the Space and Planetary Simulation Chamber (AstroCam) of the Astrobiology Research Unit of USP, several environmental parameters were controlled to simulate the surface conditions of Mars. And high-altitude balloons were used to test the response of biomolecules in the stratosphere, where the conditions are similar to those of the Martian surface, in addition to validate experiments which can be sent in space missions. Changes in the biomolecules spectroscopic responses were measured by UV-Vis and IR absorbance and by Raman scattering, either in situ and in real time or ex situ. The techniques proved to be adequate for these studies, since they provided information on the photostability of the biomolecules spectroscopic responses, allowing the testing of their potential as biosignatures on different surfaces of the Solar System. The results can also contribute to space missions, supporting the development and optimization of techniques and procedures, both for the exposure of biomolecules to real space environments – in small and low-cost missions, such as CubeSats –, as well as for the actual detection of biosignatures on extraterrestrial planetary surfaces.

Orientador: Rodolpho Vilhena de Moraes / Banca: Othon Cabo Whinter / Banca: Antonio Fernando Bertachini de Almeida Prado / Banca: Tadashi Yokoyama / Banca: Antonio Elipe / Abstract: 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 system... (Complete abstract click electronic access below) / Resumo: 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 ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Submitted by Josué Cardoso dos Santos (josuesantosunesp@gmail.com) on 2018-09-10T18:36:37Z No. of bitstreams: 1 Tese_Final_Josue_Cardoso_Santos.pdf: 78449557 bytes, checksum: 4515b9cb7cc346753f7e9682b8e037de (MD5) / Approved for entry into archive by Pamella Benevides Gonçalves null (pamella@feg.unesp.br) on 2018-09-10T18:47:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 santos_jc_dr_guara.pdf: 78449557 bytes, checksum: 4515b9cb7cc346753f7e9682b8e037de (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-10T18:47:05Z (GMT). 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