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Conception de trajectoires dans des dynamique à 3 corps très perturbées : application aux missions d'exploration des lunes martiennes et systèmes binaires d'astéroïdes

Description

En ces dernières années, les missions d'exploration de petits corps ont pris de l'importance dans les programmes de la plupart des agences. L'avis de la communauté scientifique est que ces corps primitifs peuvent nous aider à dévoiler quelques-uns des mystères sur la formation du système solaire et de notre planète. Dans ce cadre, les équipes de mécanique spatiale du CNES ont participé récemment au calcul de trajectoires pour deux missions d'atterrissage sur des petits corps: Philae en 2014, à bord de la sonde européenne Rosetta dont l'objectif était la comète 67P Churyumov Gerasimenko, et Mascot en 2018, qui a voyagé avec la sonde japonaise Hayabusa2 jusqu'à l'astéroïde Ryugu. Ainsi, le CNES commence à être considéré comme un centre de référence pour ce type d'activités d'analyse de mission.

Néanmoins, la conception de trajectoires pour l'exploration de petits corps n'est pas toujours possible avec une approche képlérienne comme première approximation. Des modèles à n-corps, avec des modèles de gravité complexes et d'autres forces perturbatrices sont souvent nécessaires. Des travaux sur le calcul de solutions naturelles stables ou quasi-stables dans des modèles dynamiques à 3 corps fortement perturbés existent dans la littérature spécialisée ([1],[2], [3]). 

En partant de ces études déjà publiées, et en profitant de l'expertise du CNES et de l'IMCCE en mécanique spatiale pour l'exploration de petits corps, l'objectif de cette thèse est de développer une compétence reconnue au niveau mondial en conception de trajectoires dans ces environnements très perturbés. Cette thèse s'attachera à étudier la conception de trajectoires d'exploration de petits corps, selon la nature du corps cible (taille, forme, gravité...), selon les caractéristiques de la dynamique à laquelle la sonde sera soumise (lunes planétaires ou systèmes binaires, nombre de corps ayant une influence gravitationnelle, modèles de gravité complexes...) et selon les contraintes mission (distances et caractéristiques orbitales souhaitées par les scientifiques, besoin d'orbites stables pendant des longues durées ou acceptation des légères instabilités...). Au terme de cette étude, on disposera de méthodes et d'outils consolidés qui faciliteront la conception de trajectoires d'exploration de petits corps. Des possibles cas d'application, permettant de tester les méthodes développées pendant la thèse, sont les études d'analyse de mission pour MMX (actuellement en préparation à la JAXA, avec la participation des équipes DSO/DV pour la partie conception de trajectoires sonde) et la proposition de mission européenne d'exploration et d'atterrissage au système binaire Dydimos-Dydimoon (Hera, ancien AIM).

[1] N. Baresi, Z. Olikara, D.J. Scheeres, "Fully numerical methods for continuing families of quasi-periodic invariant tory in astrodynamics", The Journal of the Astronautical Science, vol 65, no. 2, pp 157-182 (2018).

[2] M. Lara, R. Russell, B. Villac, "Classification of the distant stability regions at Europa", Journal of Guidance, control and dynamics, vol 30, no. 2, pp 409-418 (2007).

[3] O. Ҫelik, JP. Sánchez, "Opportunities for ballistic soft landing in binary asteroids", Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol 40 no. 6, pp 1402-1390 (2017).

Profil

Mécanique spatiale, systèmes dynamiques, méthodes numériques pour la résolution d'équations différentielles

M2 DSG, écoles d'ingénieurs (ISAE), politecnico di Milano, TU Delft, équivalent Espagne, Allemagne, UK.

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : IMCCE UMR8028
Directeur(rice) de thèse/recherche : HESTROFFER Daniel
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : hestro@imcce.fr
Responsable Cnes de l'offre : CANALIAS Elisabet

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019

 

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