Técnicas de computación científica aplicada al ámbito de la Mecánica Celeste y de la Astrodinámica

Laburpena

El campo de la Mecánica Celeste ha sido uno de los grandes impulsores del surgimiento y posterior desarrollo de la computación científica, proporcionando ejemplos intrincados sobre los que poner a prueba los nuevos sistemas informáticos e involucrar directamente a los investigadores en la elaboración de programas y procesadores de cálculo. La presente Tesis Doctoral constituye una disertación acerca del modo en que la computación científica contribuye a mejorar la aplicación de las técnicas de manipulación algebraica a los problemas de la Mecánica Celeste y de la Astrodinámica, y en particular al desarrollo de soluciones analíticas que expliquen y predigan el movimiento de un objeto en órbita, bien sea un satélite artificial o una partícula de basura espacial, para un instante determinado, a partir de su posición y velocidad en un instante inicial. Se han plasmado los resultados más relevantes en la creación de una teoría analítica de segundo orden en forma cerrada de la excentricidad para el problema zonal del satélite artificial. Esta teoría analítica ha sido implementada en dos propagadores de órbitas que han sido posteriormente validados con un extenso catálogo de condiciones iniciales para satélites orbitando alrededor de la Tierra y de Marte. La teoría combina técnicas de perturbaciones basadas en transformaciones de Lie junto con el método generalizado de promedios. Asimismo, en su desarrollo se ha estudiado la Ecuación Generalizada de Kepler, pieza clave en la determinación precisa de la posición y velocidad de un satélite cuando se emplean este tipo de propagadores orbitales. A continuación se ha revisado el método utilizado para la construcción de las transformaciones de Lie, el método de Lie-Deprit, el cual presenta una cierta arbitrariedad que, utilizada de forma adecuada, permite mejorar los efectos derivados de la aplicación de las nuevas transformaciones de Lie resultantes. Utilizando este método se ha reimplementado la eliminación de la paralaje y se ha extendido su efecto hasta eliminar completamente el argumento de la latitud, esto es, con una única transformación se obtiene el mismo efecto que el producido por la combinación de la eliminación de la paralaje y la eliminación del perigeo. Los dos propagadores desarrollados, junto con otros de la familia PPKB, han sido integrados en una infraestructura web de computación científica remota denominada AstrodyWebTools. AstrodyWebTools es una plataforma flexible, amigable al usuario y extensible basada en las aplicaciones derivadas de la investigación en Mecánica Celeste y en Astrodinámica en las que el Grupo de Computación Científica de la Universidad de La Rioja, GRUCACI, lleva años trabajando. Asimismo se han ido incorporando herramientas de otros investigadores de reconocido prestigio internacional, con lo que se ha conseguido crear un nivel de abstracción que facilita la incorporación de herramientas futuras y evita la tediosa ejecución y especificación de parámetros mediante línea de comandos en entornos UNIX propia de este tipo de aplicaciones. Este servicio web permite el uso de las herramientas, de forma gratuita a través de Internet, a especialistas del ámbito espacial y a la comunidad científica en general, con el objetivo de constituir un espacio abierto para compartir conocimientos y dar solución a los problemas de los campos de la Mecánica Celeste y de la Astrodinámica. Finalmente se presenta otro de los trabajos desarrollados de aplicación de técnicas de computación científica y algoritmia, uno de los módulos de la plataforma web de ultrasecuenciación, diseñado para proporcionar un servicio de análisis bioinformático de secuencia de DNA, que está siendo desarrollado desde la Fundación Rioja Salud, concretamente desde la Plataforma de Genómica, en colaboración con la Universidad de La Rioja. Una de las innovaciones fundamentales de este proyecto es que, a diferencia de otros portales web que hacen uso de interfaces para ejecutar herramientas bioinformáticas de manera independiente, el servicio desarrollado realiza el análisis bioinformático completo, de manera automática y totalmente transparente para el investigador, permitiendo además de este modo un aprovechamiento óptimo de los recursos computacionales.