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A relevância dos pequenos corpos em dinâmica orbital

Resumo

Em dinâmica orbital, pequenos corpos são aqueles que hierarquicamente possuem tamanho muito inferior a pelo menos um dos outros corpos (chamados de primários) do sistema que fazem parte. Um caso muito comum em astronáutica é o de uma sonda espacial viajando dentro do sistema composto por Sol, Terra e Lua, por exemplo. Este tipo de característica faz com que a dinâmica do sistema possua algumas peculiaridades. Uma delas é o fato do pequeno corpo, em geral, não afetar significativamente a evolução orbital dos primários. Porém, se houver uma quantidade expressiva de pequenos corpos interagindo com um corpo primário, pode ocorrer um efeito acumulativo de troca de momento angular fazendo com que o primário sofra alterações orbitais significativas. No caso de interações gravitacionais entre pequenos corpos pode ocorrer uma variedade de resultados, dependendo dos parâmetros físicos e dinâmicos destes corpos. Dentre as possibilidades está a colisão entre os corpos, que pode resultar em fragmentação e/ou acresção dos corpos envolvidos. Outra possibilidade é o espalhamento desses corpos, resultando em expressivas mudanças orbitais de ambos. Em dinâmica orbital é bastante comum o estudo de coletivos de pequenos corpos. Isto se aplica a constelações de satélites, satélites em formação (formation flight), nuvens de detritos espaciais, famílias de satélites irregulares, discos proto-planetários e anéis planetários, por exemplo. Neste projeto serão realizados estudos que envolvam desde a questão de fundamentos, como o fenômeno de colisão e o desenvolvimento do potencial gravitacional de pequenos corpos (que, em geral, são bastante irregulares), passando por estudos da evolução orbital de pequenos corpos sujeitos a diferentes forças perturbativas, até as mais variadas e relevantes aplicações em astrodinâmica (evolução orbital de satélites artificiais e sondas espaciais, manobras orbitais, evolução de nuvens de detritos espaciais, missões espaciais para a exploração de asteroides, entre outras) e em dinâmica planetária (origem e formação de sistemas planetários, de famílias de satélites irregulares, de grupos de asteroides, e evolução orbital de sistemas de anéis planetários e de discos proto-planetários, entre outras). Este projeto está estruturado em quatro partes interconectadas que são classificadas como: a) potencial gravitacional, órbitas periódicas e regiões de estabilidade; b) colisão, fragmentação e acresção; c) manobras orbitais e formação em voo; d) nuvens, anéis e discos. Cada uma destas quatro partes do projeto será desenvolvida por pelo menos três dos cinco pesquisadores principais, além de colaboradores (pesquisadores e estudantes). As partes serão todas desenvolvidas simultaneamente, existindo conexões diretas entre elas. Em especial, os estudos a serem desenvolvidos nas partes denominadas a) potencial gravitacional, órbitas periódicas e regiões de estabilidade e b) colisão, fragmentação e acresção serão aplicados nas outras duas partes e receberão “inputs” dessas partes ao longo dos seus desenvolvimentos. Por exemplo, o fenômeno da colisão é uma questão básica nos estudos de geração e evolução de detritos orbitais, bem como nos estudos de formação planetária. No caso do potencial gravitacional de corpos irregulares, o desenvolvimento destes potenciais será fundamental nos estudos de evolução orbital e manobras de sondas para explorarem estes corpos, bem como, nos estudos de evolução orbital de satélites naturais e partículas que estejam ao redor deles. A maioria dos problemas a serem estudados serão precedidos ou seguidos por uma abordagem de sistemas dinâmicos, analisando a existência de pontos de equilíbrio, órbitas periódicas e regiões de estabilidade. Em particular a ocorrência do fenômeno de ressonâncias será explorada em vários dos subprojetos. (AU)