Contributions to the dynamics of a solar sail in the earth-sun system
- Autores: Ariadna Farrés Basiana
- Directores de la Tesis: Àngel Jorba i Monte (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2009
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ettore Perozzi (presid.) , Carles Simó (secret.) , Philip Lindsay Palmer (voc.)
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- Resumen
Las velas solares son un nuevo concepto de propulsión por el espacio que se aprovecha de la presión de radiación solar para acelerar una nave. Una vela solar es esencialmente una gran superficie reflectante y muy ligera, de modo que el impacto de los fotones que emite el sol sobre la superficie de la vela impulsan la nave. En los último años las agencias espaciales han empezado a investigar esta nueva tecnologia.
El principal objetivo de esta tesis ha sido estudiar, de manera extensa, la dinámica natural de una vela solar en el sistema Tierra-Sol. Este es un primer paso para poder diseñar estrategias de navegación como: el control alrededor de puntos de equilibrio, una órbita periódica o el uso de variedades invariantes para moverse por el espacio.
Hemos usado el Problema Restringido de Tres Cuerpos (PRTC) Tierra-Sol, añadiendo la presión de radiación solar como modelo. En Capítulo 1 explicamos algunos de los aspectos más relevantes sobre las velas solares y el modelo que hemos usado. También describimos las familias de puntos de equilibrio que aparecen en el PRTC cuando añadimos el efecto de la vela solar.
La mayor parte de los puntos de equilibrio son inestables, por lo tanto requieren de un cierto control para mantener la trayectoria de una vela cerca de un punto. Hemos diseñado una estrategia de control alrededor de puntos inestables usando herramientas de sistemas dinámicos. Hemos aplicado nuestra estrategia con éxito a dos misiones concretas com son el caso del "Geostorm" y el "Polar Observer". Todos los detalles de esta parte se encuentran en el Capítulo 2.
También hemos desarrollado herramientas numéricas para estudiar el movimiento periódico y casiperiódico alrededor de puntos de equilibrio inestables. Para ello hacemos la reducción a la variedad central para un sistema no -Hamiltoniano. En el Capítulo 3 explicamos los algoritmos numéricos que hemos desarrollado y los comparamos con otros ya conocidos para algunos casos particulares para verificar su eficiencia.
Finalmente en el Capítulo 4 usamos las herrmientas que hemos desarrollado para entender la dinámica local alrededor del punto colinear desplazado SL1. Hemos calculado familias de orbitas periódicas usando métodos de continuación, y usamos la reducción a la variedad central para entender el movimiento casiperiódico alrededor del punto de equilibrio.
