Parametric analysis of disposal trajectories from Halo L2 orbit Earth-Moon family

In this thesis, a parametric analysis about the behavior of a two-impulse Heliocentric disposal for orbits of the Earth-Moon L2 Halo family was carried out, focusing on parameters such as the overall required Δv, its direction, and the disposal time-of-flight. First, 60 distinct Halo orbits are designed using the shooting method. Each orbit is segmented into 3600 points representing different phase angles. For all points, the spacecraft is disposed from the initial orbit with an initial impulse (Δv1) equal to 10m/s. Two different directions are considered for the initial impulse, which is first chosen tangential to the velocity and then in the direction of the invariant manifold. After the first impulse, using an N-body dynamical model in which solar radiation pressure is also included, all points are propagated to check if the trajectory intersects with the zero velocity curves. The second impulse (Δv2) is executed at the intersection between the trajectory and the zero velocity curves, in order to close them, preventing the object from returning to the cislunar space. Results highlight optimal deep space disposal Δv values for each Earth-Moon L2 Halo family orbit, identifying safety and low sensitivity zones for disposal maneuvers. A comparison between disposal in the N-body and CR3BP models is presented. In addition, the position of the regions in which the magnitude of the second impulse varies highly will be determined for each orbit. At the end of the study, a sensitivity analysis using a Monte Carlo algorithm will be done.

In questa tesi, è stata condotta un’analisi parametrica sul comportamento del disposal eliocentrico a due impulsi per la famiglia delle orbite Halo orbitanti attorno ad L2 nel sistema Terra-Luna. L’analisi si è concentrata su parametri quali il Δv complessivo richiesto, la direzione degli impulsi e il tempo di volo necessario per il completamento del disposal. Innanzitutto, sono state individuate 60 distinte orbite Halo utilizzando lo shooting-method. Ogni orbita è stata suddivisa in 3600 punti, ciascuno rappresentante un diverso angolo di fase. In corrispondenza di ogni punto é applicato un impulso iniziale (Δv1) di 10 m/s . Sono state considerate due diverse direzioni per questo impulso: una tangente alla velocità e l’altra nella direzione dell’ invariant manifold. Dopo l’applicazione del primo impulso, utilizzando un modello dinamico gravitazionale a N-corpi che include la pressione di radiazione solare, tutte le traiettorie sono state propagate per verificare che intersechino le curve a velocità nulla; in caso affermativo, un secondo impulso (Δv2) è stato applicato all’intersezione tra la traiettoria e la corrispondente curva a velocità nulla con l’obiettivo di impedire il ritorno dell’oggetto nello spazio cislunare. I risultati dell’analisi hanno evidenziato i valori ottimali di Δv necessari per smaltire il veicolo nello spazio profondo per ciascuna delle orbite Halo attorno L2 del sistema Terra-Luna, identificando le zone più sicure in cui effettuare le manovre. Inoltre, è stato effettuato un confronto tra il disposal utilizzando il modello a N-corpi e quello basato sul CR3BP. Sono stata anche determinate le regioni in cui la magnitudine del secondo impulso (Δv2) varia significativamente per ciascuna orbita. Alla fine dello studio, è stata condotta un’analisi di sensibilità utilizzando un algoritmo Monte Carlo per valutare la robustezza delle manovre di disposal.