Diseño, requisitos, y performance de vehículos espaciales con velas solares compuestas de reflexión simple de diversos tamaños

• Autores: Corrado, Guillermo Ariel
• Año de publicación: 2021
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Schulz, Walkiria; Elaskar, Sergio; Castelló, Walter
• Materia: velas solares compuestas; propulsión espacial; elementos finitos; análisis térmico; reflectividad; radiación solar
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (DCI)--FCEFN-UNC, 2021
Fil: Corrado, Guillermo Ariel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina. 
La actual exploración de diversas alternativas de vehículos aeroespaciales capaces de lograr una autonomía operacional prolongada fomenta el examen de vehículos capaces de aprovechar la presión de radiación solar para lograr su propulsión (velas solares). Particularmente, la posibilidad de emplear configuraciones compuestas de reflexión simple que pudieran aumentar la eficiencia de este tipo de vehículos, y que aún no han sido exploradas en consideración de parámetros operacionales realistas, denota la necesidad de procurar un modelo detallado de las mismas. De esta forma se buscó elaborar un modelo completo de las velas solares compuestas de reflexión simple como configuración alternativa a las velas solares planas. Así: luego de la justificación de la necesidad de la realización de estudios más detallados tras un repaso de la literatura pertinente al tema, se sentaron las bases del principio de funcionamiento de este tipo de propulsión, su cálculo, simplificaciones y fenómenos secundarios relacionados. Se realizó una comparación de las diversas características de ambos tipos de configuraciones posibles: velas solares compuestas de reflexión simple (SSPT) y de reflexión doble (DRSPT); permitiendo fundamentar la elección de las primeras en base a sus características más promisorias. Se procedió mediante el estudio de sus módulos componentes (materiales, propiedades y funcionamiento), así como su caracterización como una estructura y vehículo completo. La indagación sobre las propiedades del colector como una estructura flexible con parámetros realistas permitió demostrar preliminarmente (mediante formulaciones analíticas y modelos de elementos finitos), que el mantenimiento del formato necesario podría ser realizado sin mecanismos externos adicionales; y que perturbaciones posibles en la topología no poseerán fuertes efectos en la misma, exceptuando la deformación inherente al despliegue de la membrana. Un modelo de las propiedades térmicas del director (tras la definición de los límites de la geometría de la estructura), permitió esclarecer que incluso mediante la dispersión del haz, serán necesarias medidas adicionales para el aumento de la capacidad de disipación térmica del elemento, y que el balance de momentos producto de la distribución del haz, no afectará la operatividad del sistema. El estudio de las fuerzas experimentadas por las SSPT y las velas solares planas permitió observar como, si bien en los casos idealizados las primeras son ampliamente superiores, al tomar en cuenta las limitaciones físicas de estos vehículos en consideración de todo efecto inherente a una aplicación real, incluso mediante la implementación de estrategias de reducción de masa, las velas solares planas son superiores en todo caso a las compuestas; y que serán necesarios significativos avances tecnológicos en los materiales disponibles antes de que estas últimas puedan ser consideradas como una opción viable de transporte espacial. Se destacó la posibilidad de lograr un aumento sustancial en la reflectividad de todos los componentes como el factor crucial que permitiría simultáneamente un incremento de la eficiencia propulsiva, así como una reducción de la masa del vehículo, de modo que el mismo sea viable. Dichas conclusiones fueron reforzadas mediante el estudio de misiones posibles de realizar (transferencias interplanetarias a Marte mediante trayectorias espirales logarítmicas), donde se determinó adicionalmente que las severas limitaciones impuestas a modo de hacer viable la operación de las SSPT, hacen a las mismas no beneficiosas en términos de un control operativo más sencillo, removiendo todo tipo de utilidad por parte de estas.
Fil: Corrado, Guillermo Ariel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.