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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
As the interest in interplanetary missions is rising, new trajectories and methods should be
studied and analyzed to decrease the costs and increase the capacity of transporting
scientific instruments and payload to Mars.
In this work, a numerical study of interplanetary trajectories between Earth and Mars is
performed, using the Moon to carry out a lunar gravity assist manoeuvre, with the objective
of decreasing the launch energy for the interplanetary transfer and analyze the use of the
self-adaptive Levenberg-Marquardt algorithm as a differential corrector for space mission
design.
The obtained results are compared with the values of the direct transfer achieved with the
same methods and with the estimated values for the next interplanetary transfer Windows
between Earth and Mars. The results are obtained with the astrodynamics two body problem
simplistic model and verified and validated with the open source NASA’s software GMAT for a
more realistic approach. The self-adaptive Levenberg-Marquardt algorithm developed for this
work in the programming language Python 3.6 is tested and used as a differential corrector to
obtain the trajectories for the two-body problem.
The results demonstrate that the self-adaptive Levenberg-Marquardt algorithm is adequate to
design space missions, a lunar gravity assist can be executed in all situations studied and only
in a few cases is not viable. Of the four launch windows analyzed only in one situation the
lunar gravity assist does not diminish the launch energy.
The results show that the energy needed to perform future Mars missions or missions to other
Solar System bodies can be reduced and consequently the payload mass can be increased. The
possible introduction of a new calculation method for space mission design is also shown due
to the observed results.
Com o aumento do interesse em missões interplanetárias, novas trajetórias e métodos devem ser estudados e analisados de maneira a diminuir os custos e aumentar a capacidade de transportar instrumentação científica. Neste trabalho, é realizado um estudo numérico de trajetórias interplanetárias entre a Terra e Marte, utilizando a Lua para efetuar uma manobra de assistência gravitacional, com os objetivos de diminuir a energia necessária para a transferência interplanetária e testar e analisar o uso do algoritmo self-adaptive Levenberg-Marquardt como corretor diferencial para o desenho de missões espaciais. Os resultados obtidos são comparados com valores de transferência direta alcançados com os mesmos métodos e com os valores estimados para as próximas oportunidades de transferência interplanetária entre Terra e Marte. São obtidos resultados com o problema de dois corpos de astrodinâmica e verificados e validados com o software aberto GMAT desenvolvido pela NASA para uma abordagem mais realista. O algoritmo self-adaptive Levenberg-Marquardt desenvolvido para este trabalho na linguagem de programação Python 3.6 é testado e utilizado como corretor diferencial para obter as trajetórias para o problema de dois corpos. Os resultados demonstram que o algoritmo self-adaptive Levenberg-Marquardt é adequado para planear missões, que a assistência gravitacional lunar pode ser executada em todas as situações estudadas e que apenas em poucas ocorrências não é viável. Das 4 oportunidades de lançamento analisadas apenas em uma situação a assistência gravitacional lunar não diminuiu a energia de lançamento. Os resultados indicam que a energia necessária para efetuar futuras missões a Marte ou a outros corpos do sistema solar pode ser reduzida e consequentemente a massa de carga útil nestas missões pode ser aumentada. A possível introdução de um novo método de cálculo para desenhar missões espaciais também é demonstrado através dos resultados obtidos
Com o aumento do interesse em missões interplanetárias, novas trajetórias e métodos devem ser estudados e analisados de maneira a diminuir os custos e aumentar a capacidade de transportar instrumentação científica. Neste trabalho, é realizado um estudo numérico de trajetórias interplanetárias entre a Terra e Marte, utilizando a Lua para efetuar uma manobra de assistência gravitacional, com os objetivos de diminuir a energia necessária para a transferência interplanetária e testar e analisar o uso do algoritmo self-adaptive Levenberg-Marquardt como corretor diferencial para o desenho de missões espaciais. Os resultados obtidos são comparados com valores de transferência direta alcançados com os mesmos métodos e com os valores estimados para as próximas oportunidades de transferência interplanetária entre Terra e Marte. São obtidos resultados com o problema de dois corpos de astrodinâmica e verificados e validados com o software aberto GMAT desenvolvido pela NASA para uma abordagem mais realista. O algoritmo self-adaptive Levenberg-Marquardt desenvolvido para este trabalho na linguagem de programação Python 3.6 é testado e utilizado como corretor diferencial para obter as trajetórias para o problema de dois corpos. Os resultados demonstram que o algoritmo self-adaptive Levenberg-Marquardt é adequado para planear missões, que a assistência gravitacional lunar pode ser executada em todas as situações estudadas e que apenas em poucas ocorrências não é viável. Das 4 oportunidades de lançamento analisadas apenas em uma situação a assistência gravitacional lunar não diminuiu a energia de lançamento. Os resultados indicam que a energia necessária para efetuar futuras missões a Marte ou a outros corpos do sistema solar pode ser reduzida e consequentemente a massa de carga útil nestas missões pode ser aumentada. A possível introdução de um novo método de cálculo para desenhar missões espaciais também é demonstrado através dos resultados obtidos
Description
Keywords
Assistência Gravitacional Marte Self-Adaptive Levenberg-Marquardt Transferência Interplanetária