Trajectórias Interplanetárias: The Gravity Assist

As Trajectórias Interplanetárias representam os diversos percursos utilizados pelos Veículos Espaciais para sair de um planeta para o outro.

Dada a sua complexidade, é necessario que se tenha conhecimento avançado de matemática, geometria e física para melhor compreensão da mecânica orbital inclusa no sector Espacial.

Uma das técnicas utilizadas para se viajar de um planeta para o outro, consiste na mudança da magnitude e direção da velocidade da Veículo Espacial, sem que da mesma resulta um consumo complementar do propelente (combustível). Esta técnica é designada “GRAVITY ASSIST” ou “SWINGBY” que em português significa ASSISTÊNCIA GRAVITACIONAL.

Em que consiste o Gravity Assist?

Em termos práticos, quando um veículo espacial se aproxima a um planeta absorve um pouco de energia cinética do planeta. Essa energia cinética faz acelerar o veículo causando um incremento na magnitude e mudança de direção da velocidade. O termo Gravity Assist pode ser comumente referenciado como Fisga Gravitacional. Deste modo, no decorrer de uma missão interplanetária é utilizado a força da gravidade dos planetas para desviar a trajectória sem ter que utilizar a propulsão.  A variação de velocidade  produzido durante o Gravity Assist é gratuita do ponto de vista do Veículo Espacial:

Figura 1: Efeito do Gravity Assist na mudança da magnitude e direcção da velocidade do Veiculo Espacial

Para objectivos académicos o estudo é feito utilizando o método das cónicas remendadas (PATCHED CONICS).  Este método define a trajectória da missão em 3 fases, nomeadamente:

1° trajectória Hiperbólica usada para sair do planeta;

2° transferência de Hohmann que é elíptica no sistema heliocêntrico;

3° trajectória Hiperbólica para ser capturado, ou recepção da Assistência Gravitacional.

Estas fases são desenhadas isoladamente, de modos a tornar menos complexo o seu estudo, e posteriormente remendadas.

Neste estudo é necessário conhecer a esfera de influência que se traduz na distância da qual a  acção gravitacional de um corpo celeste tem efeito primário sobre o Veículo Espacial, abaixo dela o movimento em volta do corpo celeste pode ser aproximadamente kepleriana. O valor máximo de variação de velocidade  que pode ser obtido de um determinado planeta é:

A variação heliocêntrica de velocidade  depende da velocidade orbital de um planeta em volta do Sol, depende também da massa do planeta bem como do pericentro da trajectória.

Em particular, os planetas internos do sistema solar têm maior velocidade e menor massa, portanto, podem realizar a manobra de Gravity Assist. Os planetas externos têm velocidade orbital menor, mas possuem maior massa, o que permite também usar o manobra de Gravity Assist.

Figura 2: Aplicação prática do Gravity Assist na missão interplanetaria do Veículo Espacial CASSINI-HUYGENS com (V-V-E-J G.A)

Com a tecnologia actual, o único modo para explorar os Planetas, os Asteroides, os Cometas e escapar do campo gravitacional do nosso sistema Solar é a utilização da tecnica de Gravity Assist, por isso o estudo dela tem muita relevância nos grandes centros de estudos Espaciais e nas Agências Espaciais mundiais.

Vantagem: Energia grátis para mudar a magnitude e direção do vetor velocidade, pode-se chegar em lugares distantes do sistema solar com menor consumo de propelente.

Desvantagem: Longo Tempo de missão, manobra muito complexa visto que se o Veículo Espacial passar muito próximo do planeta corre o risco de colisão com o planeta e caso passar-se muito longe do planeta o efeito de Gravity Assist é quase nula, desta feita a distância deve estar em um intervalo que permite a manobra de Gravity Assist efectivar-se.

Fontes: Orbital Mechanics for Engineering Students – Howard D. Curtis (3ºEdition)

Fondamenti di Meccanica Del Volo Spaziale – Giovanni Mengali, Alessandro A. Quarta

Ing. Alfredo Bungo