OBJETIVO GENERAL MOTIVACIÓN ANTECEDENTES GENERALES MODELO RESULTADOS CONCLUSIONES Y PERPECTIVAS

ANÁLISIS DE TIEMPO DE VIDA ORBITAL PARA

NANOSATÉLITES EN ÓRBITAS LEO

Oscar Ramírez1, Diana Cubillos1,2, Jorge Soliz3

1Grupo SiAMo, Universidad ECCI, Colombia.2Departamento de Ciencias Básicas, Universidad ECCI, Colombia.

3Facultad de Ingeniería, Universidad Privada Boliviana, Bolivia.

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TABLA DE CONTENIDO

1 OBJETIVO GENERAL

2 MOTIVACIÓN

3 ANTECEDENTES GENERALES

4 MODELO

5 RESULTADOS

6 CONCLUSIONES Y PERPECTIVAS

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OBJETIVO GENERAL MOTIVACIÓN ANTECEDENTES GENERALES MODELO RESULTADOS CONCLUSIONES Y PERPECTIVAS

Objetivo GeneralCalcular tiempos de vida orbital máximos y mínimos para misionessatelitales hipotéticas que involucran nanosatélites en órbitas LEO yecuatoriales, teniendo en cuenta interacciones gravitacionales,deformación terrestre y frenado atmosférico.

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MotivaciónPredecir cuánto tiempo estará en órbita un satélite, antes de entrar ala atmósfera terrestre, teniendo en cuenta condiciones inicialesdadas como:-Altura inicial-Masa-Área-Parámetros orbitales.

FIGURA : https://www.google.com/search?q=aplicaciones+de+las+imagenes+satelitales

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Aplicaciones- Observación constante de algún sector ecuatorial- Mejora en las comuncaciones- Monitoreo del clima, control de desastres..etc.

FIGURA : https://www.google.com/search?q=aplicaciones+de+las+imagenes+satelitales

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Antecedentes Generales- Proyecto Garada: Tiene como objetivo optimizar la recolección deimágenes del satélite SAR (Synthetic Aperture Radar) usando variossatélites pequeños en forma de constelación con miras al monitoreode desastres naturales en el continente australiano.- Resultados: Tiempos de vida orbital en función de la altitud para unsatélite de 75 kg con un área de 1 m2, con interaccionesgravitacionales, deformación terrestre, frenado atmosférico y presiónde radiación.

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Mediante un código se modela el movimiento del satélite artificalalrededor de la tierra, apartir de condiciones de entrada como:-Altura inicial.-Masa.-Elementos orbitales.

Se calcula la altura en función del tiempo para un satélite que estasometido a:- Interacciones gravitacionales (Tierra-satélite).- Deformación terrestre (J2, J3, · · · , J14).- Frenado atmosférico (parametrización de la densidad).

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ModeloPotencial:

Udef (r ,φ) =−µ

r

[∞

∑n=2

Jn

(RT

r

)n

Pn(sinφ)

](1)

Ecuación de movimiento:

~̈r =− µ

r3~r +~adef +~afre (2)

donde:

~adef =−~∇Udef

m(3)

~afre =−12

ρACf

mv~v (4)

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FIGURA : Modelos de densidad reportados en Pelz, D, Newton,G, "Midlatitude Neutral Thermophere Density

and Temperature Measurements", Journal of Geophisical Research, 1969.

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ρmax and ρmin

ρGEOPROBE PGs

NASA 1976H-P Model 2 at 1300 h

MSIS-E-90

h (km)

ρ(k

g/m

3)

900800700600500400300200100

10−4

10−6

10−8

10−10

10−12

10−14

FIGURA : Comparación entre modelos de densidad reportados y la parametrización usada en este trabajo.

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Resultados

1

10

100

550 560 570 580 590 600

Life

tim

e (

yr)

Altitude AMSL (km)

Lowest densityMean density

Highest densityLi Qiao et al., (GARADA Project)

1

10

100

550 560 570 580 590 600

Life

tim

e (

yr)

Altitude AMSL (km)

Lowest densityMean density

Highest densityLi Qiao et al., (GARADA Project)

FIGURA : Comparación de tiempos de vida entre proyecto GARADA vs parametrización.Izquierda: Parametrización con condiciones iniciales de GARADA.

Derecha: Parametrización con condiciones iniciales ecuatoriales.

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1

10

100

550 560 570 580 590 600

Life

tim

e (

yr)

Altitude AMSL (km)

Lowest densityMean density

Highest densityLi Qiao et al., (GARADA Project)

FIGURA : Comparación de tiempos de vida entre el proyecto GARADA y satélite de 1U en órbita ecuatorial

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Li Qiao et al., (GARADA Project)Highest density

Mean densityLowest density

Altitude AMSL (km)

Lifet

ime

(yr)

800700600500400300200

10000

1000

100

10

1

0.1

0.01

0.001

0.0001

FIGURA : Comparación de resultados entre proyecto GARADA y satélite de 1U en órbita ecuatorial

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a)

Li Qiao et al., (GARADA Project)Highest density

Mean densityLowest density

Altitude AMSL (km)

Lifet

ime

(yr)

800700600500400300200

10000

1000

100

10

1

0.1

0.01

0.001

0.0001

b)

Li Qiao et al., (GARADA Project)Highest density

Mean densityLowest density

Altitude AMSL (km)

Lifet

ime

(yr)

800700600500400300200

10000

1000

100

10

1

0.1

0.01

0.001

0.0001

c)

Li Qiao et al., (GARADA Project)Highest density

Mean densityLowest density

Altitude AMSL (km)

Lifet

ime

(yr)

800700600500400300200

10000

1000

100

10

1

0.1

0.01

0.001

FIGURA : Tiempos de vida orbital para satélites de a)1U, b) 2U y c)3U, en órbita ecuatorial.

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Conclusiones

Se reportan tiempos de vida orbital máximos y mínimos parananosatelites de 1, 2 y 3 unidades en órbita ecuatorial, paraalturas entre los 150 km y 800 km, teniendo encuenta elintervalo de variación dado en el modelo de densidad usado.

Se usa una parametrización para el modelo de densidad quepermite dar un rango de tiempos de vida máximo, medio ymínimo con una diferencia en promedio de un orden demagnitud entre los valores límites.

El tiempo de vida orbital aumenta con la masa y disminuye conel área choque con la atmósfera.

Se propone una parametrización para el modelo de densidadentre 150 km y 800 km de altura que se aproximasatisfactoriamente a la densidad atmosférica reportada por laNASA (1976) y el modelo MSIS-E-90.

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Conclusiones

Se reportan tiempos de vida orbital máximos y mínimos parananosatelites de 1, 2 y 3 unidades en órbita ecuatorial, paraalturas entre los 150 km y 800 km, teniendo encuenta elintervalo de variación dado en el modelo de densidad usado.

Se usa una parametrización para el modelo de densidad quepermite dar un rango de tiempos de vida máximo, medio ymínimo con una diferencia en promedio de un orden demagnitud entre los valores límites.

El tiempo de vida orbital aumenta con la masa y disminuye conel área choque con la atmósfera.

Se propone una parametrización para el modelo de densidadentre 150 km y 800 km de altura que se aproximasatisfactoriamente a la densidad atmosférica reportada por laNASA (1976) y el modelo MSIS-E-90.

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Conclusiones

Se reportan tiempos de vida orbital máximos y mínimos parananosatelites de 1, 2 y 3 unidades en órbita ecuatorial, paraalturas entre los 150 km y 800 km, teniendo encuenta elintervalo de variación dado en el modelo de densidad usado.

Se usa una parametrización para el modelo de densidad quepermite dar un rango de tiempos de vida máximo, medio ymínimo con una diferencia en promedio de un orden demagnitud entre los valores límites.

El tiempo de vida orbital aumenta con la masa y disminuye conel área choque con la atmósfera.

Se propone una parametrización para el modelo de densidadentre 150 km y 800 km de altura que se aproximasatisfactoriamente a la densidad atmosférica reportada por laNASA (1976) y el modelo MSIS-E-90.

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Conclusiones

Se reportan tiempos de vida orbital máximos y mínimos parananosatelites de 1, 2 y 3 unidades en órbita ecuatorial, paraalturas entre los 150 km y 800 km, teniendo encuenta elintervalo de variación dado en el modelo de densidad usado.

Se usa una parametrización para el modelo de densidad quepermite dar un rango de tiempos de vida máximo, medio ymínimo con una diferencia en promedio de un orden demagnitud entre los valores límites.

El tiempo de vida orbital aumenta con la masa y disminuye conel área choque con la atmósfera.

Se propone una parametrización para el modelo de densidadentre 150 km y 800 km de altura que se aproximasatisfactoriamente a la densidad atmosférica reportada por laNASA (1976) y el modelo MSIS-E-90.

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Perpectivas

Se planea introducir la interacción debida al flujo solar y lainteracción de un tercer cuerpo.

Se planea calcular tiempos de vida para nanosatélites condiferentes orientaciones.

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Perpectivas

Se planea introducir la interacción debida al flujo solar y lainteracción de un tercer cuerpo.

Se planea calcular tiempos de vida para nanosatélites condiferentes orientaciones.

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Algunas ReferenciasQiao L, et al., 2013, ’Satellites orbit design for the Australian Garada project’, in Short W; Cairns I (eds.),Proceedings of the 12th Australian Space Conference, National Space Society of Australia Ltd, Sydney,Australia, pp. 261 - 272, presented at 12th Australian Space Conference, Melbourne, Australia, 24 - 26September 2013,.

Pelz, D, Newton,G, "Midlatitude Neutral Thermophere Density and Temperature Measurements", Journal ofGeophisical Research, Space Phisics, vol 74, No 1, 1969.

U.S. Standard Atmosphere, 1976, NOAA, NASA, Washington, 1976.

Kozay, Y, "New Determination of Zonal Harmonics Coefficients of the Earth’s Gravitational Potential",Publication of the Astronomical Society of Japan, Vol 16, No 4, 1964.

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Algunas ReferenciasQiao L, et al., 2013, ’Satellites orbit design for the Australian Garada project’, in Short W; Cairns I (eds.),Proceedings of the 12th Australian Space Conference, National Space Society of Australia Ltd, Sydney,Australia, pp. 261 - 272, presented at 12th Australian Space Conference, Melbourne, Australia, 24 - 26September 2013,.

Pelz, D, Newton,G, "Midlatitude Neutral Thermophere Density and Temperature Measurements", Journal ofGeophisical Research, Space Phisics, vol 74, No 1, 1969.

U.S. Standard Atmosphere, 1976, NOAA, NASA, Washington, 1976.

Kozay, Y, "New Determination of Zonal Harmonics Coefficients of the Earth’s Gravitational Potential",Publication of the Astronomical Society of Japan, Vol 16, No 4, 1964.

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Algunas ReferenciasQiao L, et al., 2013, ’Satellites orbit design for the Australian Garada project’, in Short W; Cairns I (eds.),Proceedings of the 12th Australian Space Conference, National Space Society of Australia Ltd, Sydney,Australia, pp. 261 - 272, presented at 12th Australian Space Conference, Melbourne, Australia, 24 - 26September 2013,.

Pelz, D, Newton,G, "Midlatitude Neutral Thermophere Density and Temperature Measurements", Journal ofGeophisical Research, Space Phisics, vol 74, No 1, 1969.

U.S. Standard Atmosphere, 1976, NOAA, NASA, Washington, 1976.

Kozay, Y, "New Determination of Zonal Harmonics Coefficients of the Earth’s Gravitational Potential",Publication of the Astronomical Society of Japan, Vol 16, No 4, 1964.

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Algunas ReferenciasQiao L, et al., 2013, ’Satellites orbit design for the Australian Garada project’, in Short W; Cairns I (eds.),Proceedings of the 12th Australian Space Conference, National Space Society of Australia Ltd, Sydney,Australia, pp. 261 - 272, presented at 12th Australian Space Conference, Melbourne, Australia, 24 - 26September 2013,.

Pelz, D, Newton,G, "Midlatitude Neutral Thermophere Density and Temperature Measurements", Journal ofGeophisical Research, Space Phisics, vol 74, No 1, 1969.

U.S. Standard Atmosphere, 1976, NOAA, NASA, Washington, 1976.

Kozay, Y, "New Determination of Zonal Harmonics Coefficients of the Earth’s Gravitational Potential",Publication of the Astronomical Society of Japan, Vol 16, No 4, 1964.

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The End

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