Orientador: Ernesto Vieira Neto / Banca: Rodolpho Vilhena de Moraes / Banca: Décio Cardozo Mourão / Resumo: Devido ao grande avanço da tecnologia espacial o número de satélites irregulares conhecidos vem aumentando rapidamente nos últimos anos. O estudo das perturbações que agem sobre estes satélites contribui para explicar a origem e estabilidade da órbita destes corpos celestes. Uma dessas perturbações é a ressonância de evecção que se caracteriza por ser um fenômeno no qual o pericentro da órbita do satélite fica preso na direção do corpo perturbador. Outra perturbação no movimento desses satélites de altas inclinações se dá quando o argumento do pericentro circula ou libra em torno de 90º ou 270º, ou seja, a ressonância Kozai (Kozai 1962). Neste trabalho, é feito um estudo semi-analítico dos efeitos da ressonância de evecção no movimento orbital dos satélites irregulares do planeta Júpiter, utilizando a função perturbadora desenvolvida por Cuk et al. (2004) e que contém termos das ressonâncias de evecção e Kozai. O princípio da média é aplicado somente no movimento orbital do satélite. É feita uma extensa análise do comportamento dos elementos orbitais de uma partícula nas regiões habitadas pelos satélites irregulares. / Abstract: In the recent years, due to the great advance of the space technology, the number of known irregular satellites is increasing quickly. Studying the disturbances which act on these satellites may contribute to explain the origin and stability of the orbit of these satellites. One of the main disturbances is the evection resonance which is characterized by fixing the pericenter of the orbit of the satellite in the direction of the disturbing body. Another disturbance, know as Kozai resonance (Kozai 1962), acts in the movement of those satellites with high inclinations and makes the argument of pericentro circulates or librates around 90º or 270º. In this work is made a semianalytical study of the evection resonance effect in the orbital movement of the irregular satellites of the Jupiter planet. It is used the disturbing function developed by Cuk et al. (2004) which contain terms of evection and Kozai resonances. The principle of the average is only applied in the orbital movement of the satellite. It is made an extensive analysis of the behavior of the orbital elements of a particle in the regions inhabited for the irregular satellites. / Mestre

Orientador: Othon Cabo Winter / Banca: Décio Cardozo Mourão / Banca: Rodney da Silva Gomes / Resumo: Nesse trabalho estudamos o processo de acresção de massa, como um possível mecanismo de formação de satélites coorbitais. Saturno é o único planeta conhecido a possuir sistemas de satélites coorbitais. Esses são, Tétis que possui Telesto em L4 e Calipso em L5 e também Dione que é coorbital com Helene e Polideuces, onde esses ocupam L4 e L5 respectivamente. Além desses há um par de satélites de massas comparáveis chamado Janus-Epimetheus que num sistema girante perfazem ambos órbitas do tipo ferradura. O sistema estudado constitui-se de Saturno (corpo central), um proto-satélite e uma nuvem de planetesimais distribuidos aleatorioamente dentro da região coorbital do sistema em torno de um dos pontos Lagrangianos estáveis. A massa relativa do proto-satélite é 10−6, para os planetesimais a massa relativa é de 10−12, 10−13 ou 10−14 . A colisão inelástica entre os corpos do sistema é considerada, mas um estudo das velocidades relativas de colisão é feito. Os resultados das simulações mostram a formação de corpos maiores, devido as colisões entre os planetesimais, dentro da região coorbital. Alguns planetesimais apresentam movimento coorbital capturados em torno dos pontos Lagrangianos, e ainda apresentam massa nal próxima a dos satélites coorbitais de Saturno. / Abstract: In this work, the process of accretion mass, as a possible mechanism for the coorbital satellites formation was studied. Saturn is the unique known planet to have coorbital satellite systems. These ones are Tethys which has Telesto around L4 and Calypso around L5 and also Dione which is coorbital with Helene and Polideuces where these ones occupy L4 and L5, respectively. Besides these ones there are some satellites called Janus-Epimetheus with masses comparable in a system where both have horseshoe-type orbits. The studied system is the case of Saturn (central body), a proto-satellite and a cloud of planetesimals randomly distributed within the region of coorbital system around one of the stable Lagrangian's points. The relative proto-satellite mass is 10−6, the relative mass for planetesimal is 10−12, 10−13 or 10−14. The inelastic collision among the planetesimals of the system is considered, but a study of the relative speed of collision is done. The results of the simulations show the formation of bigger planetesimals, due to of the collisions between planetesimals within the horseshoe region. Some planetesimals show coorbital movement captured around Lagrangian's points, and yet show nal mass close to the coorbital Saturn satellites. / Mestre

Orientador: Tadashi Yokoyama / Banca: Rodney da Silva Gomes / Banca: Nelson Callegari Junior / Resumo: Neste trabalho analisamos a evolução de alguns satélites de Júpiter sob a ação da migração planetária proposta por Tsiganis et al. (2005). Estudos de sobrevivência dos satélites além da órbita de Calisto são feitos. Tais estudos são realizados seguindo uma técnica recente apresentada em Deienno (2010). Nós também mostramos a plena possibilidade de captura de planetesimais que passam próximo do planeta. Tais objetos podem se tornar satélites irregulares de Júpiter. Realizamos uma análise destes planetesimais durante todo o tempo em que permaneceram capturados e comparamos com os atuais satélites irregulares. Finalmente, fizemos um estudo semianalítico, considerando uma análise qualitativa através de curvas de nível e superfícies de seçãso de Poincaré. Mostramos brevemente uma generalização da ressonância de Lidov-Kozai, onde aparecem dois novos centros / Abstract: In this work we analyse the evolution of some Jupiter's satellites submitted to planetary migration scenario proposed by Tsiganis et al. (2005). Studies on the survival of satellites beyond the orbit of Callisto are made. Such studies are done following a new and recent approach presented in Deienno (2010). We also show a clear possibility of capture of planetesimals that pass close the planet. Such objects can become Jupiters irregular satellites. We performed analysis of these captured planetesimals during entire period they were bound to Jupiter and compared with the existing irregular satellites. Finally, semi-analytical studies were done. Qualitative analysis through the level curves and Poincar'es surfaces of section of some orbits were considered. We briefly show a generalization of Lidov-Kozai resonance where two new centers of libration appear / 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

Orientador: Rodolpho Vilhena de Moraes / Banca: Maria Cecília França de Paula Santos Zanardi / Banca: Valdemir Carrara / Resumo: Devido à sua dependência a um grande número de parâmetros de difícil determinação, o cálculo de coeficiente de arrasto para satélites artificiais torna-se extremamente complexo. Teorias, como as desenvolvidas por Schamberg e Sehnal levam em consideração o coeficiente de acomodação térmico e os ângulos de incidência e reflexão das moléculas na superfície do satélite. Outras teorias como a de Stalder e Zurick utilizam nas suas formulações os seguintes parâmetros: a razão entre as velocidades do satélite e das moléculas da atmosfera, o coeficiente de acomodação térmico, o ângulo de ataque e a razão entre as temperaturas da superfície do satélite e a temperatura das moléculas incidentes. Neste trabalho algumas teorias para o cálculo do coefienciente de arrasto são analisadas comparativamente. Exemplos são exibidos, utilizando como modelo os satélites SCD1, SCD2 e CBERS1. / Abstract: Drag coefficient computation for artificial satellite is extremely complex due to its dependence on several parameters that are difficult to determine. Some theories for drag coefficient computation, such as those developed by Schamberg and Sehnal, took into account the thermal accommodation coefficient and the incident and reflection angles of the molecules in the satellite surface. Others theories, such as the Stalder and Zurick theories, use in their formulations the following parameters: the ratio between the satellite velocity and the velocity of the molecules in the atmosphere, the thermal accommodation coefficient, the attack angle and the ratio between the temperatures of the satellite surface and of the incident molecules. In this work some theories for drag coefficients computation are comparatively analyzed. Examples are exhibited using the satellites SCD1, SCD2 and CBERS1 as models. / Mestre

Orientador: Tadashi Yokoyama / Banca: Rodolpho Vilhena de Moraes / Banca: Nelson Callegari Junior / Resumo: A estabilidade dos membros das constelações Galileo e GPS é investigada. Devido à ressonância 2:1 entre w e W, ocorre um aumento significativo da excentricidade. Este aumento causa riscos de colisão entre os satélites descartáveis e os ativos. Como a ressonância não depende do semi-eixo do satélite, estratégias usuais de aumentar a altitude não resolvem o problema. Então, condições iniciais especiais são achadas tais que os satélites descartáveis permanecem estáveis, com baixa excentricidade por pelo menos 250 anos. Outra estratégia de atacar o problema é mover o objeto descartável para uma órbita particular, acelerando o crescimento da excentricidade. Este estudo é brevemente apresentado. A dinâmica de satélites heliossíncronos é também estudada. Devido o arrasto atmosférico, a altitude do satélite sempre decai e portanto ele cruza o valor ressonante do semi-eixo. Sempre que isso ocorre, um salto na inclinação é observado e em alguns casos, há alguns cruzamentos tais que a inclinação permanece aprisionada (durante algum tempo) no centro de libração. Este evento é importante, pois isso pode ser explorado para realizar manobras de baixo custo para controlar o satélite numa determinada inclinação. Através do sistema exato, investigamos estas quasecapturas e seu aproveitamento em manobras de manutenção de inclinação. / Abstract: The stability of the disposed members of the Galileo and GPS constellations is investigated. Due to the 2:1 resonance between w and W, a significant increase of the eccentricity occurs. These increase cause risk of collisions between the operational and disposed satellites. As the resonance does not depend on the semi-major axis of the satellite, usual strategies of raising the altitude do not solve the problem. Therefore, special initial conditions are found such that the disposed satellites remain stable with small eccentricity, for at least 250 years. Another strategy to attack the problem is to move the disposed object to a particular orbit, accelerating the growth of the eccentricity. This study is briefly presented. The dynamics of the sun-synchronous satellite is also studied. Due to the atmospheric drag, the altitude of the satellite always decays and therefore it crosses the resonant value of the semi-major axis. Whenever this happens, a jump in the inclination is observed and in some cases, there are some crossing such that the inclination remains locked (during some time) in the center of the libration. This event is interesting since it can be exploited to perform inexpensive maneuvers to control the satellite at desired inclination. / Mestre

Orientadora: Maria Cecília F. P. S. Zanardi / Banca: Ana Paula Marins Chiaradia / Banca: Sandro da Silva Fernandes / Resumo: Uma abordagem analítica para o movimento rotacional de satélites artificiais estabilizados por rotação é apresentada, considerando os satélites em órbita elíptica e a influência conjunta do torque aerodinâmico, o torque de gradiente de gravidade, o torque magnético residual e o torque magnético devido às correntes de Foucault. Modelos matemáticos são apresentados para todos os torques e os componentes médios de cada torque são determinados para um período orbital. O torque médio já inclui os principais efeitos de cada torque sobre o movimento rotacional e são necessários nas equações do movimento. As equações do movimento são descritas em termos do módulo da velocidade angular de rotação do satélite, da declinação e da ascensão reta do eixo de rotação do satélite. Uma solução analítica para as equações do movimento rotacional é determinada, considerando os valores do torques externos médios em um período orbital, sendo válida para um período orbital. Por esta solução observa-se que o torque gradiente de gravidade e torque magnético devido às correntes de Foucault afetam o módulo da velocidade angular de rotação, contribuindo também para as variações temporais da ascensão reta e declinação do eixo de rotação, associadas com a precessão e deriva do eixo de rotação do satélite. O torque magnético residual e o torque aerodinâmico afetam apenas a ascensão reta e declinação do eixo de rotação, pois seu componente no eixo z são nulo. Aplicações são realizadas para os Satélites de Coleta de Dados Brasileiros SCD1 e SCD2, através de uma primeira abordagem com atualização diária dos dados de atitude e órbita e uma segunda abordagem sem a atualização diária destes dados. Os resultados mostram uma boa concordância entre os resultados obtidos pela teoria e os dados fornecidos pelo Centro de Controle de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: An analytical approach for the rotational motion of artificial satellites stabilized by rotation is presented, considering the satellites in elliptical orbit and the influence of the aerodynamic torque, gravity gradient torque, residual magnetic torque and magnetic torque due to the Foucault currents. Mathematical models for all the torques are shown and average components of each torque are determined for an orbital period. These components are needed in the equations of rotational motion. The average torque already included the main effects of each torque upon the rotational motion. The equations of rotational motion are described in terms of the satellite's spin velocity, the declination and right ascension of the spin axis of the satellite. An analytical solution for the equations of the rotational motion is determined, considering mean values in an orbital period for the external torques. This solution is valid for an orbital period. Through this solution, it is noticed that the gravity gradient torque and the magnetic torques affects the spin velocity and the spin axis. The temporal variations of right ascension and declination of the spin axis causes the precession and drift of the spin. The residual magnetic torque and the aerodynamic torque, doesn't affect the spin velocity because its component at z-axis is null. Applications are made for the Brazilian Data Collection Satellites SCD1 and SCD2, through a first approach with daily updates of the attitude and orbit data, and a second approach without the daily update of these data. The results show a good agreement between the results obtained by theory and data supplied by the Satellite Control Center of INPE in the first approach during 10 days. For the approach without updates, the results prove to be suitable only for 3 days of simulation. To validate the analytical solution, the pointing error (deviation from the rotational... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

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: Rodolpho Vilhena de Moraes / Banca: Maria Cecília França de Paula Santos Zanardi / Banca: Hélio Koiti Kuga / Resumo: Aplicações recentes de satélites artificiais da Terra com finalidades geodinâmicas requerem órbitas determinadas com bastante precisão. Em particular, marés terrestres influenciam o potencial terrestre causando perturbações adicionais no movimento de satélites artificiais, as quais têm sido medidas por diversos processos. A atração exercida pela Lua e pelo Sol sobre a Terra produz deslocamentos elásticos em seu interior e uma protuberância em sua superfície. O resultado é uma pequena variação na distribuição da massa na Terra, conseqüentemente alterando o geopotencial. As perturbações nos elementos orbitais de satélites artificiais terrestres devidas à maré terrestre podem ser estudadas a partir das equações planetárias de Lagrange, considerando-se um potencial conveniente. Alguns modelos têm sido propostos para o cálculo de perturbações orbitais devidas à maré, tais como os modelos de Kaula, de Kozai, de Balmino e o utilizado pelo IERS. Os resultados encontrados na literatura são, em geral difíceis de serem comparados, pois os cálculos são feitos com diferentes modelos. Neste trabalho são apresentadas, para os potenciais mencionados, as expressões analíticas em forma expandida. Alguns cenários são propostos mostrando, para tais modelos, as diferenças nas perturbações de longo período e seculares, nos elementos orbitais de satélites artificiais, devidas á maré terrestre. / Abstract: Recent applications of artificial Earth's satellites, as for instance with geodynamics purposes, require very high precision orbit determination. In particular, terrestrial tides affects the geopotential causing additional orbital perturbations that can be measured by several methods. The Sun and Moon attraction on the Earth produces both an elastics displacements in the Earth's interior and a bulge in its surface. The resulting effect is a small variation in the Earth's mass distribution. The perturbations in the orbital elements due to the terrestrial tides can be analysed using the Lagrange planetary equations considering a convenient potential. Some models have been proposed to compute orbital perturbations due to the terrestrial tides, such as the models proposed by Kozai, Kaula, Balmino and the model used by the IERS. The results found in the literature about orbit perturbations due to terrestrial tides were obtained using different models being difficult to be compared. In this work the above-referred models are presented. Expanded analytical expressions are presented. Some scenarios are proposed showing, for such models, the differences in the secular and long period perturbations of the orbital elements, due to the terrestrial tides. / Mestre

Orientador: Rodolpho Vilhena de Moraes / Banca: Maria Cecilia França de Paula S. Zanardi / Banca: Sandro da Silva Fernandes / Resumo: Uma teoria para estudar o movimento orbital de satélites artificiais sobre efeitos do arrasto atmosférico e da pressão de radiação solar direta - considerando a sombra da Terrae alguns termos do geopotencial - é desenvolvida analiticamente. A sombra daTerra é modelada utilizando a função sombra, como introduzida por ferraz Mello: igual zero quando o satélite está na região de sombra e igual um quando é iluminado pelo sol. As componentes do arrasto são dadas por Vilhena de Moraes baseado no modelo atmosférico TD-88. O método de Hori para sistemas não canônicos é aplicado para resolver as equações de movimento. Um software para manipulação algébrica é fundamental apra fazer os cálculos necessários. Efeitos seculares e periódicos que influenciam no movimento orbital dos satélites artificiais são analisados. Expressões analíticas são apresentada explicitamente para os principais termos seculares nas variações dos elementos orbitais. É dada ênfase aos termos de acoplamento que surgem na solução do sistema de equações diferenciais. Utilizando dados orbitais do satélite CBERS-1 um estudo é feito para analisar ordens da variação do semi-eixo maior devidas as pertubações consideradas. / Abstract: A theory to study the orbital motion of artificial satellites under the effects of the atmospheric drag and of the direct solar radiatin pressure - considering the Earh's shadow and some terms of the geopotential - is developed analytically. The Earth shadow is modeled using the shadow function introduced by Ferrz Mello: equal zero when the satellite is in the shadow region and equal one when it is illuminated by the Sun. The drag components are given by Vilhena of Moraes based in the TD-88 temospheric model. The Hori's method for non-canonical systems is applied to solve the motion equation. A algebric manipulator software is fundamental to do the necessary calculations. Secular and periodic effects on the orbital motion of artificial satellites are analyzed. Analytic expressions are presented explicity for the main secular terms of the variations of the orbital elements. Emphasis is given to the coupling terms that appear in the solution of the differential euqatin systems. Using orbital data of the satellite CBERS-1 a study is done to analyze the order of magnitude of the variation of the semi-major axis due to the considered pertubation. / Mestre