Análisis dinámico de estructuras tether giroestabilizadas

Abstract

En este trabajo se ha estudiado la dinámica de estructuras tether en el espacio. Estas estructuras tether son cables de gran longitud que unen distintos módulos en órbita, permitiendo la transferencia de cantidad de movimiento y energía entre ellos. En particular, se ha estudiado sistemas tether que orbitan de forma perpendicular a su plano de órbita, de forma que han de estar sometidos a rotación alrededor de su eje longitudinal para mantenerse estables en dicha posición. Además, se han estudiado tethers electrodinámicos que interaccionan con el campo geomagnético produciendo fuerzas de Lorentz que frenan o impulsan el sistema. Así, el sistema no puede ser tratado como un cable, es necesario modelar el teather como una barra con rigideces a flexión y torsión. En resumen, se ha realizado un estudio detallado de una barra extremadamente esbelta (0.0025/100) sometida a rotación bajo la acción de fuerzas de Lorentz. El sistema es similar a un rotor desequilibrado en el que, sin embargo, se producen grandes desplazamientos por deformación. En estas condiciones, la teoría clásica lineal en dinámica de rotores predice la inestabilidad del sistema producida por las fuerzas de amortiguamiento interno del material cuando se supera cierta velocidad crítica, la cual queda muy por debajo de la velocidad de rotación en la que opera el sistema que aquí se ha estudiado. Sin embargo, algunos estudios sobre modelos de rotor muy simples sugieren que la no-linealidad geométrica puede controlar dicha inestabilidad. Par aprobar esto, se han realizado diferentes modelos del sistema tether. En primer lugar, se ha desarrollado un modelo basado en el rotor de Jeffcott. Más tarde, se mejora este modelo formulando el sistema mediante las ecuaciones de Kirchhoff-Love de una barra 3D. En ambos modelos se llevó a cabo un estudio paramétrico del sistema, usandose técnicas matemáticas de última generación como la continuación numérica.