Study of collision probability considering a non-uniform cloud of space debris

Formiga, Jorge Kennety Silva; Santos, Denílson Paulo Souza dos; Fiore, Fabiana Alves; Moraes, Rodolpho Vilhena de; Prado, A. F. B. A.

doi:10.1007/s40314-019-0997-z

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“…These objects present risks for users of the space environment when one thinks about the integrity of operational spacecraft and the contamination of orbital regions around the Earth. They can damage active satellites orbiting the Earth, or they can collide with other debris, generating a cloud of even smaller debris [4]. In addition, a possible uncontrolled fall of these objects might create a great harm to society.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Single-Averaged Model for the Solar Radiation Pressure Applied to Space Debris Mitigation Using a Solar Sail

Carvalho,

Cardoso dos Santos,

Lima

et al. 2023

Symmetry

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Several non-functional objects are orbiting around the Earth and they are called space debris. In this work, we investigate the process of space debris mitigation from the GEO region using a solar sail. The acceleration induced by the solar radiation pressure (SRP) is the most relevant perturbation for objects in orbit around the Earth with a high area-to-mass ratio (A/m). We consider the single-averaged SRP model with the Sun in an elliptical and inclined orbit. In addition to the SRP effect, the orbital evolution of space debris is analyzed considering the perturbations due to the Earth’s flattening and third-body perturbations in the dynamical system. The idea is to use the solar sail as a propulsion system using the Sun itself as a clean and abundant energy source so that it can remove space debris from the geostationary orbit and also contribute to the sustainability of space exploration. Using averaged dynamical maps as a tool, the numerical simulations show that the solar sail contributes strongly to exciting the eccentricity of the space debris, causing its reentry into Earth’s atmosphere. To perform the numerical simulations, we consider data from real space debris. We also show that the solar sail can be used to remove space debris for a graveyard orbit. In this way, the solar sail can work as a clean and sustainable space-debris-removal mechanism. Finally, we show that the convenient choice of the argument of perigee and the longitude of the ascending node might contribute to amplify the growth of eccentricity. It is also shown that solar radiation pressure destroys the symmetry of the orbits that can be observed in keplerian orbits, so all the orbits will be asymmetric when considering the presence of this force.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A Single-Averaged Model for the Solar Radiation Pressure Applied to Space Debris Mitigation Using a Solar Sail

Carvalho,

Cardoso dos Santos,

Lima

et al. 2023

Symmetry

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“…Esses objetos causam poluição espacial e são um risco para a exploração do espaço. Eles podem danificar satélites ativos orbitando a Terra ou podem colidir com outros detritos, gerando uma nuvem de detritos ainda menores [8]. Além disso, uma possível queda descontrolada desses objetos pode causar grandes danos à sociedade.…”

Section: Introductionunclassified

Um modelo de média simples da pressão de radiação solar: aplicações para mitigação de detritos espaciais

Carvalho¹,

Santos

Gonçalves³

2021

Proceeding Series of the Brazilian Society of Computational and Applied Mathematics

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Resumo. A pressão de radiação solar (PRS) é a perturbação mais relevante para objetos com grande razão área massa (A/m). Neste trabalho, desenvolvemos a equação da PRS considerando o modelo de média simples com o Sol em órbita elíptica e inclinada. É analisado a evolução orbital de detritos espaciais levando em conta o achatamento da Terra, a perturbação do terceiro corpo e a PRS. São feitas aplicações para mitigação de detritos espaciais usando uma vela solar. A ideia é usar a vela solar como sistema de propulsão utilizando o próprio Sol como fonte de energia, que é uma energia limpa e abundante, ao contrário dos propelentes químicos, para remover o lixo (detrito) espacial da órbita geoestacionária e também contribuir com a sustentabilidade da exploração espacial. Usando mapas de média dinâmica como ferramenta, mostra-se que a vela solar contribui fortemente para a excitação da excentricidade do detrito espacial, fazendo o detrito reentrar na atmosfera da Terra. Dessa forma, a vela solar pode funcionar como um mecanismo de remoção de detritos espaciais de forma limpa e sustentável.

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