MODELAGEM DOS EFEITOS DE RE-EMISSÃO TÉRMICA EM SATÉLITES ARTIFICIAIS

Abstract

Neste trabalho, são modeladas e analisadas as forças noite-dia e invernoverão,
componentes da força de re-emissão térmica total, para os satélites LAGEOS
e GPS.
São analisadas as componentes radial, transversal e normal da aceleração de
re-emissão térmica em função das dimensões do satélite e de sua altitude, para um
satélite-teste com dados do LAGEOS. Encontra-se uma lei de seleção que associa as
dimensões do satélite e a sua altitude a força atuando no satélite e que determina
quando o efeito de re-emissão térmica é máximo.
Além disso, a modelagem térmica aplicada ao LAGEOS resulta em um
comportamento intricado da componente along-track da aceleração, ao longo dos
anos, que depende de forma fundamental da inclinação do eixo de rotação em
relação as fontes de calor, neste caso, a Terra e o Sol. Este comportamento pode ser
previsto a partir das equações obtidas, e portanto, comportamentos anômalos da
aceleração de re-emissão térmica podem ser explicados sem que novas forças nãogravitacionais
sejam introduzidas ou, forças de perturbação já conhecidas sejam
remodeladas.
O comportamento intrincado da aceleração along-track para o satélite
LAGEOS está associado a falta de controle de atitude, que estabele uma geometria
spin-órbita complexa, resultante da combinação de diversas variações cíclicas a
medida que o satélite sofre translação e rotação. Por outro lado, um satélite como o
GPS, que é estabilizado em três eixos, irá apresentar configurações spin-órbita
muito mais simples do que o satélite LAGEOS. Os painéis e o corpo são tratados separamente e a contribuição de cada um é analisada levando-se em consideração as
duas fontes principais de calor, a Terra e o Sol.
Como resultado obtêm-se que os desvios orbitais estão na ordem do metro
após quatro dias de integração, podendo chegar a magnitude do Y-bias conforme o
valor da condutividade térmica na superfície do satélite.
Para finalizar, o efeito Poynting-Robertson, associado ao efeito de re-emissão
térmica, é modelado e aplicado para ambos os satélites, LAGEOS e GPS, com o
objetivo de se obter uma estimativa de sua ordem de grandeza e de sua importância
dentro do contexto das forças não-gravitacionais.

Modeling Re-emission Thermic Effect in Artificial Satellites

Abstract

In this work, we model and analyze the day-night and summer-winter
forces, which are the components of the total reemission force, for the LAGEOS
and GPS satellites. The radial, transversal and normal components of the thermal
reemission acceleration are analyzed as a function of the satellite dimensions and its
altitude, for a test-satellite with LAGEOS data. We find a selection law that
associates the satellites dimension and its altitude to the intensity of the net force,
and which determinates when the thermal reemission effect has a maximum.
Moreover, the thermal model applied to the LAGEOS results in na intricate
behavior of the along-track acceleration component, along the years, which depends
fundamentally on the spin axis inclination regarding to the heat sources, in this case,
the Earth and the Sun. This behavior can be predicted from the equations presented
here, and so, anomalous behaviors of the thermal reemission acceleration can be
explained without the new non-gravitational forces being introduced, or without the
well-known perturbation forces being remodeled.
The intricate behavior of the along-track acceleration for the LAGEOS
satellite is associated to the lack of altitude control, which leads to a complex spinorbit
geometry, that results from the combination of several cyclic changes as the
satellites goes through translation and rotation. On the other hand, a satellite like
GPS, that is three axis stabilized will present plain spin-orbit configurations if
compared to the LAGEOS. The panels and the body of the satellite are treated
separately and the contribution of each one is analyzed taking into account the two
main heat sources, Earth and Sun.
The outcome being that the orbital deviations are meter sized after four days
of integration, and can get to the magnitude of the Y-bias according to the thermal
conductivity value on satellite surface.
To conclude, with the Poynting-Robertson effect, associated to the thermal
reemission effect, is modeled and applied to both satellites, LAGEOS and GPS,
with the purpose to obtain an estimate of its magnitude and its role in the context of
non-gravitational forces.