PROIECT :PROIECT : “CERCETARI PRIVIND “CERCETARI PRIVIND EVOLUTIILE OPTIME ALE EVOLUTIILE OPTIME ALE

VEHICULELOR SPATIALE CU VEHICULELOR SPATIALE CU TRACTIUNE MICATRACTIUNE MICA

IN SPATIUL PERITERESTRU”IN SPATIUL PERITERESTRU”

Elaborat de : Cebanu Radu

OBIECTIVE :OBIECTIVE :

-Determinarea legilor optime de variatie a parametrilor miscarii vehiculului spatial in vederea atingerii (abordarii) punctelor de libratie din sistemul Pamant-Luna -Determinarea legilor optime de variatie a parametrilor miscarii vehiculului spatial in vederea transferului din punctele de libratie catre orbitele lor-Determinarea legilor optime de variatie a parametrilor miscarii vehiculului spatial in vederea intalnirii cu un alt vehicul ce evoluiaza pe orbita circulara.-Determinarea legilor optime de variatie a parametrilor miscarii vehiculului spatial in vederea intalnirii cu un alt vehicul ce evoluiaza pe orbita eliptica.-Metode de schimbare a planului orbitelo extraatmosferice (folosind instalatii de mica tractiune sau tractiune moderata) sau cu trecere prin atmosfera.

Proiectul isi propune studiul manevrelor cele mai economice pentru Proiectul isi propune studiul manevrelor cele mai economice pentru realizarea anumitor misiuni spatiale cum ar fi:realizarea anumitor misiuni spatiale cum ar fi:

a) abordarea punctelor de libratie din sistemul Pamant-Lunaa) abordarea punctelor de libratie din sistemul Pamant-Lunab) instalarea unor statii de observare in punctele echidistante b) instalarea unor statii de observare in punctele echidistante pentru planete din sistemul solarpentru planete din sistemul solarc) realizarea unor baze pentru pornirea vehiculelor spatiale c) realizarea unor baze pentru pornirea vehiculelor spatiale catre alte planetecatre alte planeted) transferul din punctele de libratie catre spatii invecinate sau d) transferul din punctele de libratie catre spatii invecinate sau pe orbite ale lorpe orbite ale lore) intilnirea pe orbite ale planetelor cu sateliti pentru remedierie) intilnirea pe orbite ale planetelor cu sateliti pentru remedierif) intilnirea pe orbite ale planetelor in scopul realizarii unor f) intilnirea pe orbite ale planetelor in scopul realizarii unor statii orbitalestatii orbitaleg) schimbarea planului orbitelor cu scopul principal de a realiza g) schimbarea planului orbitelor cu scopul principal de a realiza orbite polare de un mare interes stiintific in observarea reliefului orbite polare de un mare interes stiintific in observarea reliefului planetelor.planetelor.

Marea majoritate a obiectivelor sus mentionate sunt actualmente Marea majoritate a obiectivelor sus mentionate sunt actualmente realizabile, altele urmind a se realiza intr-un viitor apropiat. realizabile, altele urmind a se realiza intr-un viitor apropiat. Realizarea temei propuse reprezinta un obiectiv pe termen mediu care-si Realizarea temei propuse reprezinta un obiectiv pe termen mediu care-si propune clarificarea unor aspecte de interes stiintific privind misiunile propune clarificarea unor aspecte de interes stiintific privind misiunile spatiale actuale si de viitor. spatiale actuale si de viitor.

Etapa I : Etapa I : Manevre optime ale vehiculelor spatiale cu Manevre optime ale vehiculelor spatiale cu tractiune mica, in apropierea punctelor de libratie. tractiune mica, in apropierea punctelor de libratie. Abordarea punctelor de libratie.Abordarea punctelor de libratie.ObiectiveObiective: Determinarea legilor optime de variatie a : Determinarea legilor optime de variatie a parametrilor miscarii vehiculului spatial in vederea parametrilor miscarii vehiculului spatial in vederea atingerii (abordarii) punctelor de libratie din sistemul atingerii (abordarii) punctelor de libratie din sistemul Pamant-Luna.Pamant-Luna.Rezultate: Rezultate: In lucrare sunt detaliate sistemele de axe, In lucrare sunt detaliate sistemele de axe, ecuatiile de miscare pentru abordarea punctelor de ecuatiile de miscare pentru abordarea punctelor de libratie si transfer dintr-un punct de libratie intr-un libratie si transfer dintr-un punct de libratie intr-un punct al orbitei precum si aplicatii numerice legate de punct al orbitei precum si aplicatii numerice legate de abordarea punctelor L2 si L4 pornind de la date initiale.abordarea punctelor L2 si L4 pornind de la date initiale.

Fig.1 Sistemul rotativ a carui axa X corespunde cu linia m1m2

G

L

1S 2S

m

2m1mx

y

Fig. 2 Sistemul de axe L pentru stabilirea ecuatiilor de miscare

Ecuatiile de miscare pentru abordarea Ecuatiile de miscare pentru abordarea punctelor de libratie si transfer dintr-un punctelor de libratie si transfer dintr-un punct de libratie intr-un punct al orbitei :punct de libratie intr-un punct al orbitei :

a. ecuatiile liniarea. ecuatiile liniare b. ecuatiile neliniared

dtV

dV

dtV K K a

2 1 3

d

dtV

dV

dtV K K a

2 2 3

dV

dtV K K K K K a

2

1

2

1

21 3 42

7 62

d

dtV

(1) (2)

APLICATII NUMERICE : Abordarea punctului L2 pornind din apogeul orbitei sale eliptice

Fig. 3 Componenta vitezei dupa axa L2 Fg. 4 Componenta vitezei dupa axa L2 Fig. 5 Componenta acceleratiei datorita tractiunii dupa axa L2

Fig. 6 Componenta acceleratiei datorita tractiunii dupa axa L2

Fig. 7 Traiectoria optima

Etapa II : Transferul optim al vehiculelor spatiale cu tractiune mica din punctele de libratie catre orbitele lorObiective: Determinarea legilor optime de variatie a parametrilor miscarii vehiculului spatial in vederea transferului din punctele de libratie catre orbitele lorRezultate: In lucrare sunt detaliate orbitele in jurul punctelor L2 si L4 precum si aplicatii numerice privind transferul din punctele L2 si L4 la originile orbitelor.

B

ba

4L

G

AV

BVfV

fV

A

1m2

m x

y

G

'A

'B2L

fA VV '

fB VV '

a

b x1m 2m

y

Fig. 8 Orbita in jurul punctului L4 Fig. 9 Orbita in jurul punctului L2

APLICATII NUMERICE : Transferul din punctul L4 la originea orbitei saleS

0 0.250.5 0.75 14

2

0

2

/tS

0 0.250.5 0.75 15

0

5

/tS

0 0.25 0.5 0.75 11

0

1

/tS

0 0.25 0.5 0.75 16

4

2

0

/tS

15 10 5 0 510

5

0

5

10

m10 5Fig. 10 Fig. 11

Fig. 12

Fig. 13 Fig. 14

Etapa III : Etapa III : Intalnirea optima a vehiculelor spatiale cu tractiune mica pe orbite Intalnirea optima a vehiculelor spatiale cu tractiune mica pe orbite circulare. Teoria liniara si neliniara.circulare. Teoria liniara si neliniara.ObiectiveObiective: Determinarea legilor optime de variatie a parametrilor miscarii : Determinarea legilor optime de variatie a parametrilor miscarii vehiculului spatial in vederea intalnirii cu un alt vehicul ce evoluiaza pe orbita vehiculului spatial in vederea intalnirii cu un alt vehicul ce evoluiaza pe orbita circulara.circulara.Rezultate: Rezultate: In lucrare sunt detaliate ecuatiile de miscare pentru intalnirea pe In lucrare sunt detaliate ecuatiile de miscare pentru intalnirea pe orbite circulare (teoria neliniara si liniara) precum si aplicatii numerice pentru orbite circulare (teoria neliniara si liniara) precum si aplicatii numerice pentru orbitele planetelor Venus, Pamant si Marte.orbitele planetelor Venus, Pamant si Marte.

xVdt

dx

x2

3222

32z

2x ayzRx

xRωω2Vxω

dt

dV

zVdt

dz

Ecuatiile de miscare pentru intalnirea pe orbite circulare :

a. ecuatiile neliniare b. ecuatiile liniare

z2

3222

32x

22z ayzRx

zRRωω2V-zRω

dt

dV

yVdt

dy

y2

3222

32y ayzRx

yRω

dt

dV

xVdt

dx

xzx aω2V

dt

dV

zVdt

dz

zx2z aω2Vz3ω

dt

dV

yVdt

dy

y2y ayω

dt

dV

(3) (4)

APLICATII NUMERICE : Pentru orbitele Venus, Pamant, Marte

Venus

Etapa IV : Intalnirea optima a vehiculelor spatiale cu tractiune mica pe orbite eliptice. Teoria liniara si neliniara.Obiective: Determinarea legilor optime de variatie a parametrilor miscarii vehiculului spatial in vederea intalnirii cu un alt vehicul ce evoluiaza pe orbita eliptica.Rezultate: In lucrare sunt detaliate ecuatiile de miscare pentru intalnirea pe orbite eliptice (teoria liniara si neliniara) precum si aplicatii numerice pentru orbitele planetelor Venus, Pamant si Marte.

Ecuatiile de miscare pentru intalnirea pe orbite eliptice

a. ecuatiile neliniare b. ecuatiile liniare

y

2

322

02

y

y

z

2

322

02

030

20

x40

20

z

z

x

2

322

02

30

20

z40

x

x

a

yzrx

y

dt

dV

Vdt

dy

a

yzrx

zrsinx

r

2

r

pV2z

r

p

rdt

dV

Vdt

dz

ay)zr(x

xsinz

r

2

r

pV2x

r

p

dt

dV

Vdt

dx

dx

dtVx

dV

dtx z V ax

z x 1 2 3

dz

dtVz

dV

dtx z V az

x z 2 1 3

dy

dtVy

dV

dty a

y

y 1

(5) (6)

APLICATII NUMERICE : Pentru orbitele planetelor Venus, Pamant si Marte pe baza teoriei neliniare

R m063310 10 .

Fig. 24 Componenta acceleratiei datorita tractiunii de-a lungul axei Ax pentru Venus, Pamant si Marte

Fig. 25 Componenta acceleratiei datorita tractiunii de-a lungul axei Az pentru Venus, Pamant si Marte

Fig. 26 Componenta acceleratiei datorita tractiunii de-a lungul axei Ay pentru Venus, Pamant si Marte

Fig. 27 Componenta vitezei dupa axa Ax pentru Venus, Pamant si Marte

Fig. 28 Componenta vitezei dupa axa Az pentru Venus, Pamant si Marte

Fig. 29 Componenta vitezei dupa axa Ay pentru Venus, Pamant si Marte

Fig. 30 Coordonata dupa axa Ax pentru Venus, Pamant si Marte

Fig. 31 Coordonata dupa axa Az pentru Venus, Pamant si Marte

Fig. 32 Coordonata dupa axa Ay pentru Venus, Pamant si Marte

4. CARACTERUL DE NOUTATE STIINTIFICA-4. CARACTERUL DE NOUTATE STIINTIFICA-TEHNICATEHNICA

Vehiculele spatiale echipate cu instalatii de propulsie cu Vehiculele spatiale echipate cu instalatii de propulsie cu tractiune mica capata azi o larga utilitate avand in tractiune mica capata azi o larga utilitate avand in vedere misiunile spatiale mult indepartate de Pamant. In vedere misiunile spatiale mult indepartate de Pamant. In acest sens lucrarea din proiect isi propune cercetarea acest sens lucrarea din proiect isi propune cercetarea evolutiilor vehiculelor spatiale cu tractiune mica in scopul evolutiilor vehiculelor spatiale cu tractiune mica in scopul de a evalua posibilitatile de indeplinire a misiunilor de a evalua posibilitatile de indeplinire a misiunilor contand evident pe performantele pe care le pot realiza contand evident pe performantele pe care le pot realiza instalatiile de propulsie cu tractiune mica in stadiul instalatiile de propulsie cu tractiune mica in stadiul actual de dezvoltare al tehnicii.actual de dezvoltare al tehnicii. Ideea utilizarii tractiunilor mici pentru evolutiile din Ideea utilizarii tractiunilor mici pentru evolutiile din apropierea punctelor de libratie recunoscuta de apropierea punctelor de libratie recunoscuta de specialistii americani ca o contributie a fost data de un specialistii americani ca o contributie a fost data de un cercetator roman, dr. ing. Alexe MARINESCU, din echipa cercetator roman, dr. ing. Alexe MARINESCU, din echipa de cercetare a INCAS in lucrarea “Low thrust Maneuvers de cercetare a INCAS in lucrarea “Low thrust Maneuvers Near the Librations Points” publicata in J. Guidance and Near the Librations Points” publicata in J. Guidance and Control Nr. 2 / 1979 unde s-a aratat ca in cazul Control Nr. 2 / 1979 unde s-a aratat ca in cazul manevrelor de abordare a punctelor de libratie din manevrelor de abordare a punctelor de libratie din sistemul acestei orbite. sistemul acestei orbite.

5. STADIUL DE REALIZARE5. STADIUL DE REALIZARE Proiectul a parcurs in desfasurarea sa, pana la data prezentei, 4 Proiectul a parcurs in desfasurarea sa, pana la data prezentei, 4 etape/faze importante, prezentate in tab. 1etape/faze importante, prezentate in tab. 1

Perioada Etapa/Faza Rezultate concrete

Sept.2002- Ian. 2003Manevre optime ale vehiculelor spatiale cu tractiune mica, in apropierea punctelor de libratie. Abordarea punctelor de libratie.

Raport de cercetare

Ian.- Mai 2003Transferul optim al vehiculelor spatiale cu tractiune mica din punctele de libratie catre orbitele lor

Raport de cercetareArticole publicate*

Mai – Nov. 2003Intalnirea optima a vehiculelor spatiale cu tractiune mica pe orbite circulare. Teoria liniara si neliniara.

Raport de cercetare

Nov. 2003 - Iun.2004

Intalnirea optima a vehiculelor spatiale cu tractiune mica pe orbite eliptice. Teoria liniara si neliniara.

Raport de cercetareArticole publicate*

Urmeaza realizarea ultimei etape/faza , conform tab. 2

Perioada Etapa/Faza Rezultate concrete

Iun. 2004 – Nov. 2004Schimbarea optima a planului orbitelor cu mijloace extraatmosferice si atmosferice.

Raport de cercetareArticole publicate*

tab. 1

tab. 2

In cadrul proiectului au fost elaborate si prezentate In cadrul proiectului au fost elaborate si prezentate spre publicare urmatoarele articole :spre publicare urmatoarele articole :

1. Minimum Propellant Low – Thrust Maneuvers Nearnthe Libration Points1. Minimum Propellant Low – Thrust Maneuvers Nearnthe Libration Points

Publicat in Procedings of 53th IAF Congres Houston octombrie Publicat in Procedings of 53th IAF Congres Houston octombrie 2002 USA.2002 USA.

2. Optimal Transfer from Libration Points to their Orbits2. Optimal Transfer from Libration Points to their Orbits

Prezentat la AIAA Guidance, Navigation and Control Conference Prezentat la AIAA Guidance, Navigation and Control Conference and Exhibit and Exhibit

Austin,Texas USA 11 -14 august 2003Austin,Texas USA 11 -14 august 2003

3. Optimal entry into Venus atmosphere with imposed orizontal distance3. Optimal entry into Venus atmosphere with imposed orizontal distance

Acceptat la AFAA Atmospherically Flight Mechanics Conference Acceptat la AFAA Atmospherically Flight Mechanics Conference an Exhibits, an Exhibits,

Rhode-Island ProvidenceRhode-Island Providence

Proiectul concura la realizarea obiectivului general al programului Proiectul concura la realizarea obiectivului general al programului AEROSPATIAL, denumit: AEROSPATIAL, denumit: Cercetarea şi obţinerea de modele teoretice, Cercetarea şi obţinerea de modele teoretice, experimentale şi computaţionale ale fenomenelor specifice mediului experimentale şi computaţionale ale fenomenelor specifice mediului circumterestru, sistemului solar, Universului şi a interacţiunilor dintre acestea, circumterestru, sistemului solar, Universului şi a interacţiunilor dintre acestea, pe baza rezultatelor experimentale şi observaţionale ale misiunilor spaţiale.pe baza rezultatelor experimentale şi observaţionale ale misiunilor spaţiale.De asemenea, proiectul se incadreaza in tematica subprogramuluiDe asemenea, proiectul se incadreaza in tematica subprogramului Tehnologii si sisteme spatiale si aerospatiale,Tehnologii si sisteme spatiale si aerospatiale, avand ca rezultate estimate: avand ca rezultate estimate: Componente, sisteme, tehnologii, instrumente şi aparatură Componente, sisteme, tehnologii, instrumente şi aparatură respectivrespectiv Creşterea Creşterea capacităţii de participare la cooperarea internaţională în domeniul tehnologiilor capacităţii de participare la cooperarea internaţională în domeniul tehnologiilor spaţiale şispaţiale şi aeronautice.aeronautice.Proiectul urmareste concret dezvoltarea cercetarii spatiale fiind in Proiectul urmareste concret dezvoltarea cercetarii spatiale fiind in deplin acord cu prevederile Programului “AEROSPATIAL” contribuind deplin acord cu prevederile Programului “AEROSPATIAL” contribuind la:la:- Crearea posibilitatilor de participare la misiuni spaţiale internaţionale - Crearea posibilitatilor de participare la misiuni spaţiale internaţionale privind exploatarea şi utilizarea spaţiului extraatmosferic;privind exploatarea şi utilizarea spaţiului extraatmosferic;- Cercetarea şi obţinerea de modele teoretice, experimentale şi - Cercetarea şi obţinerea de modele teoretice, experimentale şi computaţionale ale fenomenelor specifice mediului circumterestru.computaţionale ale fenomenelor specifice mediului circumterestru.- Obiectivul proiectului (Studiul manevrelor cele mai economice pentru - Obiectivul proiectului (Studiul manevrelor cele mai economice pentru realizarea anumitor misiuni spatiale) se incadreaza in obiectivele realizarea anumitor misiuni spatiale) se incadreaza in obiectivele generale ale Programului “AEROSPATIAL” generale ale Programului “AEROSPATIAL” Cercetarile privind evolutiile indepartate ale vehiculelor spatiale sunt Cercetarile privind evolutiile indepartate ale vehiculelor spatiale sunt in plina desfasurare in strainatate si deaceea consideram contributia in plina desfasurare in strainatate si deaceea consideram contributia romaneasca pe care o aduce cercetarea intreprinsa in prezentul proiect romaneasca pe care o aduce cercetarea intreprinsa in prezentul proiect ca este de mare interes.ca este de mare interes.

CONTRIBUTIA PROIECTULUI LA REALIZAREA CONTRIBUTIA PROIECTULUI LA REALIZAREA PROGRAMULUIPROGRAMULUI

PERSPECTIVE DE APLICARE / DEZVOLTARE / PERSPECTIVE DE APLICARE / DEZVOLTARE / CONTINUARE /CONTINUARE /TRANSFER IN URMA FINALIZARIITRANSFER IN URMA FINALIZARII

Rezultatele proiectului sunt concretizate in rapoarte de cercetare care Rezultatele proiectului sunt concretizate in rapoarte de cercetare care vor constitui fundamentul cercetarilor viitoare in domeniu existand si vor constitui fundamentul cercetarilor viitoare in domeniu existand si posibilitatea aplicarii directe in conformitate cu obiectivele propuse.posibilitatea aplicarii directe in conformitate cu obiectivele propuse.Rezultatele sunt si vor fi diseminate prin comunicari stiintifice si Rezultatele sunt si vor fi diseminate prin comunicari stiintifice si articole prezentate si publicate la conferinte internationale respectiv in articole prezentate si publicate la conferinte internationale respectiv in reviste de prestigiu. In acest fel se face lobby cercetarii romanesti si nu reviste de prestigiu. In acest fel se face lobby cercetarii romanesti si nu in ultimul rand Romaniei.in ultimul rand Romaniei.Rezultatele proiectului au un impact economic si social in primul rand Rezultatele proiectului au un impact economic si social in primul rand prin statuarea si functionarea unui colectiv de specialisti romani care prin statuarea si functionarea unui colectiv de specialisti romani care sa-si desfasoarea activitatea stiintifica in Romania, in folosul stiintei sa-si desfasoarea activitatea stiintifica in Romania, in folosul stiintei romanesti. In acest fel se contribuie la stoparea “exodului” creierelor romanesti. In acest fel se contribuie la stoparea “exodului” creierelor romanesti peste hotare. romanesti peste hotare. Prin implicatiile pe care le are in supravegherea complexa, din spatiul Prin implicatiile pe care le are in supravegherea complexa, din spatiul extraterestru si periterestru, a mediului planetei noastre, proiectul extraterestru si periterestru, a mediului planetei noastre, proiectul contribuie la edificarea unui mediu corespunzator existentei vietii in contribuie la edificarea unui mediu corespunzator existentei vietii in continuare.continuare.Cercetarile efectuate in cadrul prezentului proiect vor oferi oportunitati Cercetarile efectuate in cadrul prezentului proiect vor oferi oportunitati pentru invatamant si perfectionare in cadrul institutelor de invatamant pentru invatamant si perfectionare in cadrul institutelor de invatamant superior.superior.

Sfirsit !Sfirsit !

Multumim pentru vizionare!