Teoria cinética dos gases para calcular o arrasto em um satélite

EMB5408-TEORIA CINÉTICA DOS GASES

Análise do coeficiente de arrasto em satélites em LEO utilizando teoria cinética do gases.

Yan da Silva Pedroni – 22/11/2014
1 Introdução. A determinação correta do coeficiente de arrasto é de extrema importância para a indústria aeroespacial para o controle de atitude, e para que possa ser carregada a correta quantidade de propelente, ou para a previsão correta do tempo de operação do satélite. Testes empíricos para a determinação do coeficiente de arrasto tem um custo alto e são de difícil repetitividade, a determinação de uma forma matemática para o valor do mesmo seria ótimo, porém a baixa densidade da atmosfera em altas atitudes impede a aplicação da mecânica dos fluídos clássica, para isso é necessária aplicar os conhecimentos de teoria cinética dos gases.
2 Objetivos Entender quais são as condições da atmosfera em LEO (Low Earth Orbit) e o porquê de não se poder utilizar a mecânica dos fluidos clássica para a determinação do coeficiente de arrasto.
Descobrir quais são os parâmetros que influenciam no valor de coeficiente de arrasto determinar quão forte a influência deles e buscar uma maneira de modela-los de maneira confiável.
Determinar uma equação matemática para o coeficiente de arrasto, que dependa dos parâmetros de influência encontrados. Dessa forma o controle de atitude de missões futuras teria mais dados para o qual trabalhar.
3 Fundamento Teórico de Teoria Cinética. A atmosfera em altitudes de 100km e acima, altura nas quais os satélites de LEO estão, se torna extremamente rarefeita, nessas altitudes é preciso saber se o fluido ainda é regido pelas leis do contínuo, para isso é necessário entender a definição de livre caminho médio e o número de Knudsen. O livre caminho médio é a distância média em que uma partícula percorre após uma colisão antes de se chocar com outra partícula, esse valor tende a ser extremamente pequeno para fluidos contínuos. Porém em