Título:	Empirical Models for CubeSat Stability Indices Based on the Gravity-Gradient Stabilization
Outros títulos:	Modelos empíricos de índices de estabilidade para CubeSats baseados na estabilização por gradiente-gravitacional
Autor(es):	Avelino, Yasmin da Costa Ferreira
Orientador(es):	Borges, Renato Alves
Assunto:	CubeSats Órbitas Python Projeto mecânico
Data de publicação:	8-Jul-2026
Data de defesa:	20-Dez-2024
Referência:	AVELINO, Yasmin da Costa Ferreira. Empirical Models for CubeSat Stability Indices Based on the Gravity-Gradient Stabilization. 2024. 130 f., il. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) — Universidade de Brasília, Brasília, 2024.
Abstract:	Optimizing CubeSat subsystems for size, weight, power consumption, and performance is essential given the inherent constraints of CubeSat missions. The CubeSat Design Specifications (CDS) allow for mechanical designs with inertia values across five stability regions on the Gravity-Gradient Stability Map (GGSM): Lagrange, Debra-Delp, Pitch, Roll-Yaw, and Unsteady. This work investigates the application of Gravity-Gradient Stabilization (GGS), which utilizes external gravitational torque for passive stabilization, by analyzing rotational kinetic energy patterns and introducing empirical models for stability indices based on the GGSM, principal moments of inertia, and characteristic equation roots for CubeSat standards. Python-based numerical simulations and polynomial curve fitting validate the effectiveness of these models, providing a robust framework for evaluating mechanical designs and identifying configurations that enhance CubeSat attitude stability. One application of these empirical model-based indices compares GGS with commonly used active Attitude Determination and Control Systems (ADCS) - specifically magnetorquers and reaction wheels - within the CubeSat standard. The analysis focuses on control performance, power generation implications, and design optimization methodology, the latter useful for structural modeling. The results indicate that configurations with lower rotational kinetic energy improve control response and overall efficiency, demonstrating the potential advantages of integrating active attitude control and GGS using the proposed empirical model-based indices. Case study scenarios were simulated considering a 500 km altitude circular orbit and were performed using the two-body method. The impact of GGS on the power generation of CubeSats was also considered in the numerical simulations. The results compare the performance of the GGSM regions in terms of power generation for different CubeSat sizes. The results demonstrated that GGS provides uniform power generation for all GGSM regions. Numerical simulations were performed using Python and also the Systems Tool Kit (STK) software.
Unidade Acadêmica:	Faculdade de Tecnologia (FT) Departamento de Engenharia Elétrica (FT ENE)
Informações adicionais:	Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2024.
Programa de pós-graduação:	Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Licença:	A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.unb.br, www.ibict.br, www.ndltd.org sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra supracitada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.
Aparece nas coleções:	Teses, dissertações e produtos pós-doutorado

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