Neste trabalho é analisado o movimento rotacional ou de atitude de um satélite artificial em órbita circular terrestre, o qual está sujeito a influência do torque devido ao gradiente gravitacional e possui quantidades de movimento angular devido à presença de três rotores internos. As velocidades angulares internas têm seus vetores coincidentes com os eixos principais de inércia do referido satélite. São determinadas as regiões de estabilidade para um satélite genérico, ou seja, com configurações variadas dos parâmetros inerciais, para casos contendo um, dois ou três rotores internos. Para o estudo da estabilidade destes casos, as quantidades de movimento angular são constantes. A determinação das regiões de estabilidade para um satélite contendo três rotores internos, é realizada com quantidades de movimento angular variáveis e posicionamento angular fixo. Os casos nos quais o satélite possui um rotor interno, alternado em seus três eixos principais, têm suas regiões de estabilidade determinadas de forma analítica e numérica, sendo que a forma numérica compõe um programa geral aplicável a todos os casos. O segundo tópico focalizado é a otimização da atitude, para a mudança de posicionamento angular do satélite, em relação ao sistema de coordenadas da órbita. Para determinação das trajetórias ótimas, são elaborados programas numéricos, os quais utilizam como sinais de controle os torques aplicados nos eixos dos rotores internos. São apresentados programas para problemas distintos: "energia" mínima, tempo mínimo e um problema de otimização com índice de desempenho misto entre "energia" e tempo mínimos. A solução de um problema com a minimização do tempo, incluindo limitações nos valores absolutos dos controles (bang-bang), é extremamente difícil. Logo, é apresentada uma alternativa para sua solução problema, utilizando um índice de desempenho para "energia" mínima de controle. Os programas são implementados com o auxílio do "software" MatLab 6.0, no qual é utilizado o comando bvp4c de seu bloco de otimização, para a solução de problemas de valor de contorno em dois pontos.

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.

O objetivo desta dissertação de mestrado é investigar as causas da elevação da temperatura do satélite SCD-1 (Satélite de Coleta de Dados) ao longo dos seus 13 anos em órbita. O SCD-1 é o primeiro satélite projetado e construído no Brasil, lançado com sucesso em 1993, e ainda em operação. O controle térmico foi realizado por meio passivo usando tintas, isolantes térmicos e materiais condutivos, apropriados para manter as temperaturas do satélite em níveis especificados. Um modelo matemático foi desenvolvido para simular o comportamento térmico do SCD-1 em órbita, sendo utilizado como ferramenta de trabalho durante a fase de projeto. As temperaturas em órbita, de trinta componentes do SCD-1, foram monitoradas e registradas no Centro de Controle e Rastreio (São José dos Campos - SP) desde o seu lançamento. Uma análise feita no início da missão mostrou que todas as temperaturas estavam nas faixas previstas pelo modelo e, ao longo destes 13 anos, a bateria, que é o equipamento mais sensível termicamente, apresentou um aumento de temperatura alcançando seu limite máximo aceitável. Desenvolveu-se uma metodologia para investigar as causas deste desvio. Uma rotina de otimização, acoplada ao modelo matemático, foi utilizada para corrigir um conjunto de parâmetros selecionados do modelo de forma a ajustar as temperaturas teóricas às de vôo. Por meio desta metodologia, analisaram-se os dados do SCD-1 no período compreendido entre 1995 e 2005 e conclui-se que a elevação da temperatura foi causada principalmente pelo aumento da dissipação interna de calor da bateria, conseqüência da degradação ao longo de sua vida orbital. Os resultados desta investigação podem ser úteis no desenvolvimento de outros satélites no sentido de alertar quanto as possíveis causas dos desvios de longo prazo e considerá-los nas análises de novos projetos para obtenção de modelos mais precisos.

Com o início do projeto do satélite universitário ITASAT tornaram-se necessárias pesquisas sobre os diversos subsistemas que compõem um satélite, entre elas a área de suprimento de energia. Esta dissertação procura apresentar um estudo sobre unidades de controle de potência utilizadas no suprimento de energia de satélites que têm a energia solar, através da conversão fotovoltaica, como fonte de energia. Após uma breve revisão dos subsistemas e da história dos satélites, são apresentadas e analisadas as duas principais arquiteturas usadas para o controle de potência: Rastreamento da Potência de Pico (Peak Power Tracking - PPT) e Transferência Direta de Energia (Direct Energy Transfer - DET). O Sequential Switching Shunt Series Regulator (S4R), topologia analisada neste trabalho, é baseado na arquitetura DET e dois modelos foram gerados para sua análise. O primeiro modelo, usado em simulações com o software SPICE, obtém-se a partir do método Switch Network. O segundo modelo é obtido através do método State Space Averaging e é usado em simulações com o software MATLAB. São mostrados e comparados os resultados das simulações e os resultados experimentais, obtidos com o protótipo de um Regulador Shunt Chaveado e com o protótipo do S4R. Por último, concluí-se que o Sequential Switching Shunt Series Regulator é uma solução viável e eficaz para o controle de potência em unidades de suprimento de energia de satélites como o satélite universitário ITASAT.

Este trabalho trata das especificidades no desenvolvimento tecnológico-científico de um equipamento singular empregado em um experimento de biologia espacial a bordo da Estação Espacial Internacional - ISS, durante a missão Centenário da AEB (missão ISS-13), realizada em Março de 2006. O principal objetivo deste experimento, denominado DRM, foi correlacionar os mecanismos de reparo celular e a mutagênese com a microgravidade. Para tanto foi desenvolvido um equipamento irradiador compacto, chamado CIM, capaz de induzir danos ao DNA de quatro variantes genéticas da bactéria Escherichia Coli K-12 (AB1157, AB2463, AB2480 e P3478) no espaço. A indução de danos pelo sistema CIM é feita através de dispositivos que utilizam LEDs que emitem em 375 nm (UV-A). As restrições impostas a equipamentos utilizados em vôos espaciais tripulados, os fatores operacionais, bem como o protocolo do experimento DRM, são apresentados na descrição do equipamento CIM. Os testes de qualificação e aceitação e toda documentação exigida também são apresentados. Os procedimentos das medidas e cálculos utilizados para obtenção da irradiância gerada pelos LEDs UV-A são descritos. Uma revisão detalhada da literatura aponta para o ineditismo do experimento DRM e seus resultados confirmam a compatibilidade do equipamento CIM com vôos orbitais tripulados.

Este trabalho apresenta a modelagem em elementos finitos da estrutura do Itasat, um satélite universitário coordenado em parceria pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e pela Agência Espacial Brasileira (AEB). Em toda a estrutura do satélite utiliza-se placas-sanduíche com núcleo de colméia e faces isotrópicas, ambos em alumínio. É apresentado, então, um modelo de elementos finitos de três camadas para a análise destas placas, sendo o núcleo modelado por elementos sólidos (CHEXA) e as faces representadas por elementos de placas (CQUAD4). É utilizado para tal, o programa comercial MSC. Nastran. Também o modo de junção dos painéis internos do satélite é analisado. Estes painéis formam ângulos retos entre si, que transferem tração, compressão e cargas de flexão de um painel ao outro, como as juntas-T. Juntas coladas e parafusadas são usadas e alguns comentários são feitos. Como a análise de estruturas grandes e/ou complexas muitas vezes excedem a capacidade computacional, a divisão em subestruturas se torna necessária. Assim, este trabalho apresentou formas de subestruturação estática (Método dos Deslocamentos) e subestruturação dinâmica, também conhecida como Síntese Modal de Componentes, pelo método de Craig-Bampton. Observa-se que o uso de subestruturas apresenta resultados muito próximos aos de uma estrutura completa, tornando válidas as técnicas apresentadas.

Software industry is currently moving towards automation of business processes and applications increasing architectural complexity and the dynamics of requirements change. This work proposes a novel software development process, called SPAREv that includes all todays critical innovations on four areas: Model-Driven Development (MDD); Systematic Reuse; Development by assembly; and Process frameworks. SPAREv employs for: (1) Safe architectural reuse - intent specifications and a customized domain-specific pattern-based software framework; (2) Project variability - metaprogramming and Software Product- Line Engineering (SPLE); and (3) Adaptability - round-tripping and software automation by adopting MDD. A case study on satellite on-board software considers an architectural pattern or framework where project specificities are added as plug-ins, e.g. different control algorithms. Software dependability in this domain is discussed and a novel concept of Pattern-Based Software Fault Tree Analysis (PB-SFTA) presented. Finally, impact is inferred via reuse metrics, e.g. Return on Investment (ROI), and Cost/Benefit analysis. Trends and perspectives are presented highlighting assets and knowledge management, and a Reuse Maturity Model. In order of relevance, the author considers that the three major contributions of this work are: (1) The SPAREv process; (2) The PB-SFTA approach; and (3) The application of metaprogramming into the space software domain.

Satélites artificiais, em sua grande maioria, requerem algum tipo de sistema de controle de atitude (SCA) embarcado. A utilização de simuladores para avaliar este tipo de sistema é uma técnica bastante difundida na _área de engenharia, pois viabiliza a realização de testes de maneira rápida e a um custo menor do que utilizando ambientes com componentes reais. Contudo, de ciências no desenvolvimento de softwares embarcados podem ser difíceis de detectar quando o ambiente de teste não leva em consideração restrições comuns aos ambientes de tempo real. Partindo deste preâmbulo, este trabalho apresenta e analisa a modelagem em UML (Unified Modeling Language) de um sistema de controle de atitude autônomo para satélites estabilizados por rotação, bem como implementação de um ambiente de teste, com base na técnica de simulação hardware-in-the-loop, utilizando um sistema operacional de tempo real para escalonamento das tarefas, e um típico computador de bordo com processador ERC32. Na simulação hardware-in-the-loop o SCA é realimentado por estimativas da atitude em 3 eixos e da velocidade angular do satélite fornecidas pelo sistema de determinação de atitude (SDA). O SDA consiste de um filtro de Kalman estendido (FKE) que processa as medidas vetoriais da direção do Sol e campo geomagnético para gerar as estimativas. Resultados experimentais mostram que o sistema de controle de atitude foi bem-sucedido em regime após uma fase inicial de manobras para aquisição da atitude desejada.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1996865 bytes, checksum: 80a7a778bb6c66c23c06d757b2a4c310 (MD5) Previous issue date: 2015-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Among the technologies of spatial positioning, highlight the GNSS (Global Navigation Satellite System), which is widely used in various applications in the area of Geodesy, among others. The precise point positioning (PPP) has been shown to be a powerful tool for geodetic and geodynamics. applications Relative positioning is still the most widely used method for determination of coordinates in precision geodetic surveys. However, the PPP is increasingly in evidence and has provided satisfactory results. Given the above, remains to be seen, among the techniques mentioned, which provides more accurate results currently. The data used in this study were collected by the stations of RBMC (Brazilian Network for Continuous Monitoring of GNSS Systems) provided by IBGE (Brazilian Institute of Geography and Statistics), for the date January 01, 2014. For PPP analysis was used the free service online IBGE-PPP, and for analysis of static relative positioning was used the free online placement service AUSPOS, that processes network data, using the scientific software Bernese, and commercial software LGO (Leica Geo Office), which was used for processing single baselines and multiple baselines (vector adjustment).The GPS data were processed by varying the trace interval, covering the intervals of 1, 2, 4, 6, 8, 10 and 12 hours. In IBGE-PPP and AUSPOS the results provided was referenced to IGb08 (ITRF2008) at the time of data collection. To process the data in the LGO, the coordinates of the base stations, available in SIRGAS2000, epoch 2000.4, were transformed and updated to the reference system IGb08 (ITRF2008) at the time of data collection.Thus, the estimated coordinates at LGO were also estimated in IGb08 at the time of data collection. In sequence, the coordinates estimated in LGO, IBGE-PPP and AUSPOS were compared with the coordinates provided in descriptive of RBMC stations,which were also transformed and updated to the same reference system and time of coordinates estimated. With that, the movement of tectonic plates over time was minimized. In this way, from the calculation of discrepancies (trends) and with the clarifications provided in the adjustment, it was possible to perform the calculation of accuracies. According to the results, it was concluded that the method of relative positioning with the use of computational application and commercial use of receivers of dual frequency continues to be the most accurate method, regardless of the length of the baseline. The performance of relative positioning with a frequency receivers, involving short baselines also showed excellent results. In this case, at 64.3% of the results the accuracy was millimeter. It should be noted the potential of the IBGE-PPP and AUSPOS, which showed good results. In addition, these processing services are free and the users need only a receiver. / Dentre as tecnologias espaciais de posicionamento, destaca-se o GNSS (Global Navigation Satellite System), que é amplamente empregado em diversas aplicações na área de Geodésia, entre outras. O Posicionamento por Ponto Preciso (PPP) tem se mostrado uma poderosa ferramenta para aplicações geodésicas e geodinâmicas. O posicionamento relativo é ainda o método mais utilizado para determinação de coordenadas em levantamentos geodésicos de precisão. Contudo, o PPP está cada vez mais em evidência e tem proporcionado resultados satisfatórios. Diante do exposto, resta saber, dentre as técnicas mencionadas, qual apresenta resultados mais acurados atualmente. Os dados utilizados neste trabalho foram coletados pelas estações da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS) disponibilizados pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística), referentes à data 01 de janeiro de 2014. Para análise do PPP foi utilizado o serviço gratuito online IBGE-PPP, e para análise do posicionamento relativo estático foram utilizados o serviço de posicionamento online gratuito AUSPOS, que processa os dados em rede, com uso do software científico Bernese, e o software comercial LGO (Leica Geo Office), que foi utilizado para processamento de linhas de base simples e de múltiplas linhas de base (ajustamento vetorial). Os dados GPS foram processados variando o intervalo de rastreio, abrangendo os intervalos de 1, 2, 4, 6, 8, 10 e 12 horas. No IBGE- PPP e no AUSPOS os resultados fornecidos são referenciados ao IGb08 (ITRF2008) na época de coleta dos dados. Para o processamento dos dados no LGO as coordenadas das estações base, disponibilizadas em SIRGAS2000, época 2000,4, foram transformadas e atualizadas para o sistema de referência IGb08 (ITRF2008) na época de coleta dos dados. Assim, as coordenadas estimadas no LGO também foram estimadas no IGb08 na época de coleta dos dados. Na sequência, as coordenadas estimadas no LGO, IBGE-PPP e AUSPOS foram comparadas com as coordenadas disponibilizadas nos descritivos das estações da RBMC, que também foram transformadas e atualizadas para o mesmo sistema de referência e época das coordenadas estimadas. Com isso, o deslocamento das placas tectônicas ao longo do tempo foi minimizado. Desta forma, a partir do cálculo das discrepâncias (tendências) e com as precisões disponibilizadas no ajustamento, foi possível realizar o cálculo das acurácias. De acordo com os resultados obtidos, conclui-se que o método de posicionamento relativo com o uso de aplicativo computacional comercial e uso de receptores de dupla frequência continua sendo o método mais acurado, independentemente do comprimento da linha de base. A performance do posicionamento relativo com receptores de uma frequência, envolvendo linhas de base curtas, também apresentou ótimos resultados. Neste caso, em 64,3% dos resultados a acurácia foi milimétrica. Deve-se salientar a potencialidade do IBGE-PPP e do AUSPOS, que apresentaram bons resultados. Além disso, esses serviços de processamento são gratuitos e o usuário deve dispor de apenas um receptor.

Resumo: A cultura do café é muito sensível a fenômenos climáticos, como geada e chuvas de granizo, que podem provocar grande redução de rendimento nas safras. Quando ocorre geada, acontece muita especulação no mercado econômico, porém, a falta de dados rigorosos sobre o impacto das geadas faz com que as especulações sejam ainda maiores, superestimando os danos nas lavouras cafeeiras em função dos interesses econômicos. Procurar quantificar o impacto causado pelas geadas, com maior precisão e com menor trabalho de campo pode contribuir muito para evitar as especulações na área econômica. Existem várias maneiras para avaliar o impacto causado pelas geadas, desde o intensivo trabalho de levantamento no campo até o emprego de técnicas especializadas, como o uso do geoprocessamento. A utilização do geoprocessamento através do uso de imagens de satélites apresenta algumas vantagens em relação aos métodos convencionais quando se trata de avaliar grandes extensões de áreas atingidas por fenômenos como a geada. As imagens de satélites, além do baixo custo, possuem como características, a repetividade do satélite e a visão sinóptica. Desta forma, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver uma metodologia fundamentada no uso de imagens de satélites de média e baixa resolução temporal e técnicas de geoprocessamento para avaliar em tempo hábil o impacto de geadas em regiões cafeeiras no noroeste do estado do Paraná. No desenvolvimento do trabalho foram utilizadas imagens do satélite TERRA, sensor MODIS e do satélite Landsat 5 e 7, sensores TM e ETM+. Sendo, todos os procedimentos realizados através do aplicativo SPRING. Para analisar o potencial das imagens MODIS no monitoramento de lavouras cafeeiras atingidas pela geada utilizou-se os índices de vegetação... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Coffee crop is very sensitive to climatic phenomena, such as frost and hailstorms which can reduce coffee crop yields. When frost happens, a lot of speculation happens it the economical market, however, the lack of rigorous data about the frost impact provoke more speculations, overestimating damages on coffee farming because of economical interests. Trying to quantify the impact caused by frosts, with larger precision and with smaller field work can contribute a lot to avoid speculations in the economical area. There are several ways to evaluate the impact caused by frosts, from the intensive work on the field to the use of specialized techniques, such as the use of the geoprocessing. The use of the geoprocessing through satellites images presents some advantages in relation to the conventional methods when great extensions of areas reached by phenomena are evaluated such as frosts. Satellites images, besides the low cost, have as characteristics, satellite repetitively and the synoptic vision. Thus, the present research had the objective to develop a methodology based on the use of images of average satellites and low temporary resolution and geoprocessing techniques to evaluate in skilled time, the impact of frosts on coffee areas in the Northwest of the State of Paraná. The results showed that the temporary resolution of the satellite TERRA allowed following environmental changes in skilled time. The vegetation indexes NDVI and HCVI, obtained from the images MODIS are efficient for the evaluation of the effect of the frost in State and located level, soon after the frost occurrence. Landsat satellites images are useful for the detailing of the impact effect of the frost on coffee farming, however, the temporary resolution is inadequate for this type of study, besides the images had presented many problems with clouds. / Orientador: Sérgio Campos / Coorientador: Maurício Alves Moreira / Coorientador: Rogério Teixeira de Faria / Banca: Celia Regina Lopes Zimback / Banca: Lincoln Gehring Cardoso / Banca: Sergio Pascal de Campos / Banca: Pedro Roberto de A. Madruga / Doutor