Guiagem, Navegação e Controle (GNC, do inglês Guidance, Navigation, and Control) é um campo da engenharia dedicado ao desenvolvimento de sistemas que permitem a orientação, estabilização e controle do movimento de veículos. Esses sistemas podem ser aplicados a diversos tipos de veículos — como espaçonaves, aeronaves, veículos terrestres, marítimos ou robóticos — mas são especialmente associados a aplicações espaciais e de defesa, devido à complexidade e aos rigorosos requisitos dessas áreas.PESCE, Vincenzo; COLAGROSSI, Andrea; SILVESTRINI, Stefano (Ed.). Modern spacecraft guidance, navigation, and control: from system modeling to AI and innovative applications. Elsevier, 2022.. No contexto espacial, o termo GNC é muitas vezes relacionado à Dinâmica de voo (satélites), já que ambos tratam da descrição da trajetória e atitude de veículos, bem como das técnicas empregadas para seu controle. No entanto, a GNC é mais abrangente, pois também se ocupa dos instrumentos utilizados para navegação e controle.
Componentes do GNC O sistema de Guiagem, Navegação e Controle é composto por três funções principais:
Guiagem: refere-se ao planejamento e ajuste da trajetória do veículo para atingir um alvo ou realizar uma missão específica. Pode envolver o uso de algoritmos de otimização e cálculos de trajetória.LU, Ping (Ed.). What is guidance?. Journal of Guidance, control, and Dynamics, v. 44, n. 7, p. 1237-1238, 2021. Navegação: responsável pela determinação da posição, velocidade e orientação do veículo no espaço. Para isso, utiliza sensores como giroscópios, acelerômetros, Radiometria, GPS e sensores estelares, bem como algoritmos para filtragem e fusão de sinais e estimação, como Filtro de Kalman, Método dos mínimos quadrados e Filtro passa-baixo.Crassidis, J. L. (2022). What Is Navigation?. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 45(5), 792-794. Controle: envolve a aplicação de comandos para corrigir a atitude e a trajetória do veículo, utilizando atuadores como propulsores, rodas de reação e bobinas magnéticas.LU, Ping (Ed.). What is guidance?. Journal of Guidance, control, and Dynamics, v. 44, n. 7, p. 1237-1238, 2021. Aplicações Os sistemas GNC são empregados em diversas áreas da engenharia:
Satélites artificiais – utilizados para comunicação, observação da Terra e exploração científica.WIE, Bong. Space vehicle guidance, control and astrodynamics. American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 2015.BURTON, Roland; WESTON, Sasha; AGASID, Elwood. State of the art in guidance navigation and control: A survey of small satellite GNC components. Proc. Adv. Astron. Sci, v. 157, 2016. Mísseis – usados para defesa e ataque, exigindo precisão extrema em suas trajetórias.SIOURIS, George M. Missile guidance and control systems. Springer Science & Business Media, 2006.HAWLEY, Patricia A.; BLAUWKAMP, Ross A. Six-degree-of-freedom digital simulations for missile guidance, navigation, and control. Johns hopkins APL technical digest, v. 29, n. 1, p. 71-84, 2010. Sondas espaciais – projetadas para explorar o espaço profundo, muitas vezes operando de forma autônoma.WIE, Bong. Space vehicle guidance, control and astrodynamics. American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 2015.QUADRELLI, Marco B. et al. Guidance, navigation, and control technology assessment for future planetary science missions. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, v. 38, n. 7, p. 1165-1186, 2015. Robótica Móvel e Veículo aéreo não tripulado –PÉREZ, Luis et al. Robot guidance using machine vision techniques in industrial environments: A comparative review. Sensors, v. 16, n. 3, p. 335, 2016.DESOUZA, Guilherme N.; KAK, Avinash C. Vision for mobile robot navigation: A survey. IEEE transactions on pattern analysis and machine intelligence, v. 24, n. 2, p. 237-267, 2002.KENDOUL, Farid. Survey of advances in guidance, navigation, and control of unmanned rotorcraft systems. Journal of Field Robotics, v. 29, n. 2, p. 315-378, 2012.ELKAIM, Gabriel Hugh; LIE, Fidelis Adhika Pradipta; GEBRE-EGZIABHER, Demoz. Principles of guidance, navigation, and control of UAVs. Handbook of unmanned aerial vehicles, p. 347-380, 2015.
Técnicas de Controle Diversas abordagens podem ser utilizadas no controle de atitude e trajetória de veículos espaciais:
Controle Proporcional-Integral-Derivativo (PID) Controle Ótimo Controle Adaptativo Controle Robusto
Sensores e Atuadores Os sistemas de GNC fazem uso de diversos sensores e atuadores para garantir sua funcionalidade:
Sensores: giroscópios, acelerômetros, sensores solares, rastreador de estrelas, GPS. Atuadores: superfícies de controle de voo, propulsores, rodas de reação, bobinas magnéticas.
Ver também
Dinâmica de voo (satélites) Engenharia aeroespacial Mecânica orbital Sistemas de controle
Ligações externas
COCRC - Centro de Rastreio e Controle de Satélites NASA – National Aeronautics and Space Administration ESA – European Space Agency AIAA – American Institute of Aeronautics and Astronautics
Categoria:Engenharia aeroespacial Categoria:Sistemas de controle Categoria:Guiagem, navegação e controle
Referências