EFEITOS DE ENERGIA TÉRMICA EM SATÉLITES

Abstract

Os efeitos de re-emissão térmica associados à radiação IR da Terra atuante em satélites artificiais, explicam grande parte do decaimento orbital residual observado em satélites de alta altitude. Neste trabalho, propõe-se um modelo térmico otimizado que apresenta o efeito térmico total como a soma dos efeitos Inverno-Verão e Noite-Dia "generalizado". Além disso, este trabalho procura mostrar que um modelo unificado deve levar em consideração o termo senq' (ondeq' é a colatitude da fonte de energia térmica) para a componente noite-dia da força térmica e o termo cosq' para a componente inverno-verão da força térmica. Estes termos estão associados à variações de temperatura na superfície do satélite devidas ao seu movimento ao redor da fonte de energia térmica e permitem a aplicação simultânea dessas duas forças, resultando em uma força térmica total unificada que possue duas componentes: a força Inverno-Verão, na direção do eixo de spin do satélite (z), e a força Noite-Dia generalizada, no plano equatorial do satélite (xy). Neste trabalho, as forças de re-emissão térmica são aplicadas à um satélite-teste (parâmetros baseados em dados do satélite LAGEOS) de forma a se obter a perturbação resultante em termos da aceleração transversal média, para o efeito noite-dia, <S> = -3,46 x 10^-13ms^-2, e para o efeito inverno-verão, <S> = -2,85 x 10^-12ms^-2, que leva à um decaimento orbital residual de aproximadamente 1.08 mmd^-1. Finalmente, são analisados o comportamento das acelerações radial e transversal médias, e do ângulo de atraso, como uma função da altitude do satélite, e é obtida uma "lei de seleção" que associa o efeito térmico máximo ao raio e a altitude do satélite.

Keywords :Re-emissão térmica;Efeito inverno-verão;Efeito noite-dia;Modelo térmico unificado;Satélites artificiais;Decaimento orbital.

ABSTRACT

Thermal force effects on satellites

Thermal force effects due to the Earth infrared radiation acting on artificial satellites can explain most of the residual orbit decay observed on high altitude satellites. In this work, we propose an improved thermal model that presents the total thermal effect as a sum of the summer-winter and the "generalized" day-night effects. We show that a unified model may take into account the sinq' term (whereq' is the co-latitude of the thermal energy source) for the day-night force component and the cosq' term for the summer-winter force component. These terms are associated with temperature variations on the satellite's surface due to its movement around the thermal energy source and allow the simultaneous application of these two forces resulting in a unified total thermal force that has two components: the Summer-Winter force, in the satellite spin axis direction (z), and the generalized Day-Night force, in the satellite equatorial plane (xy). We calculate the along-track accelerations for a test-satellite (parameters based on the LAGEOS satellite data) and obtain the average along-track acceleration <S> = -3.46 x 10^-13ms^-2, for the day-night effect, and <S> = -2.85 x 10^-12ms^-2, for the summer-winter effect, that leads to a residual orbit decay of nearly 1.08 mmd^-1. Finally, we analyze the behavior of the average radial and along-track accelerations, and the thermal lag angle, as a function of the satellite's altitude, and show that there is a "selective law" that associates the maximum thermal effect to the radius and altitude of the satellite, and control the satellite orbit decay.

Keywords :Thermal re-emission; Summer-winter effect; Day-night effect; Unified thermal model; Artificial satellites; Orbit decay.