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Tesi etd-06162005-202117


Thesis type
Tesi di laurea vecchio ordinamento
Author
Gerardi, Domenico
email address
domenicogerardi@tiscali.it
URN
etd-06162005-202117
Title
Laser Interferometer System Modelling for Drag-Free Satellite Simulations
Struttura
INGEGNERIA
Corso di studi
INGEGNERIA AEROSPAZIALE
Commissione
relatore Dott. Fichter, Walter
relatore Prof. Lazzeretti, Renzo
relatore Brandt, Nico
relatore Prof. Mengali, Giovanni
relatore Prof. Casarosa, Carlo
Parole chiave
  • laser interferometer system modelling drag-free sa
Data inizio appello
04/07/2005;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
04/07/2045
Riassunto analitico
LISA Pathfinder is the mission that will test the general<br>concepts and technologies needed for LISA, the Laser<br>Interferometer Space Antenna for the detection of gravitational<br>waves. The spacecraft will fly a European payload called LISA<br>Technology Package (LTP) and a similar US-supplied package<br>developed for NASA by the Jet Propulsion Laboratory in Pasadena.<br>The LTP contains two test masses whose position and attitude<br>relative to the housing/satellite are measured electrostatically,<br>as well as using a laser interferometer; the main technical goal<br>for the mission is to demonstrate that a test mass can be put in<br>pure gravitational free-fall within one order of magnitude from<br>the requirements for LISA. To ensure that the test<br>masses are flying in a disturbance-free motion along their<br>geodesics, challenging performance requirements with respect to<br>internal and external disturbance rejection must be satisfied by<br>an overall Drag-Free-System. Detailed simulations are<br>needed in order to ensure mission success and an End-to-End<br>simulator is currently under development that aims at verifying<br>the on-orbit performance of both spacecraft and payload. Since the<br>performance of the laser interferometer system is expected to<br>deeply affect the dynamic of both spacecraft and payload, a more<br>detailed model of the measurements of test masses&#39; position and<br>attitude needs to be derived and is developed within this work.<br>Particularly, the architecture of a complete, integrated model of both optics and<br>electronics has been identified and developed; it allows for<br>implementing high frequency tasks performed by the system into a<br>low frequency End-to-End environment and simulating main noise<br>sources and non-linearities at the level of scientific/technical<br>requirements. Models have been implemented, mainly, in form of<br>C/C++ functions (integrated into the SIMULINK environment) and<br>results prove the feasibility of a sufficiently detailed model of<br>the laser interferometer system that can run into the performance<br>simulator.<br>LISA Pathfinder è la missione che verificherà soluzioni e<br>tecnologie necessarie alla realizzazione di LISA, Laser<br>Interferometer Space Antenna per il rilevamento delle onde<br>gravitazionali. Il carico pagante è costituito dal LISA<br>Technology Package (LTP) e da un analogo modulo sviluppato dal<br>Jet Propulsion Laboratory per conto di NASA. L&#39; LTP contiene<br>due masse di prova la cui posizione e il cui assetto vengono<br>misurati sia elettrostaticamente che attraverso un sistema di<br>interferometria laser; il principale obiettivo della missione è<br>dimostrare che è possibile ottenere un moto di quasi perfetta<br>caduta libera per una delle masse entro un certo livello di<br>progetto per la densità spettrale di potenza della accelerazione<br>corrispondente a rilassare di un ordine di grandezza il requisito<br>per LISA.<br>Per far in modo che il moto delle masse, esente nominalmente da possibili disturbi, avvenga<br>lungo le geodetiche, è necessario che stringenti requisiti di<br>riduzione di effetti di perturbazione siano soddisfatti da un<br>Drag-Free-System.<br>Simulazioni dettagliate sono necessarie allo scopo di<br>assicurare il successo della missione e un simulatore End-to-End è<br>attualmente in fase di sviluppo. Poichè la risposta del sistema di<br>interferometria laser influenza direttamente la dinamica del<br>satellite e dei sensori inerziali, un modello dettagliato del<br>sistema di misura di posizione e assetto delle masse di prova deve<br>essere derivato ed è sviluppato nell&#39; ambito di questa tesi.<br>In particolare, è stato identificata e sviluppata la architettura di un modello<br>completo ed integrato dei componenti ottici ed elettronici<br>(analogici e digitali) che costituiscono la unità di<br>interferometria laser; esso consente di implementare funzioni ed<br>operazioni ad alta frequenza in un simulatore End-to-End a bassa<br>frequenza e di simulare le principali sorgenti di rumore e<br>non-linearità al livello dei requisiti scientifici e tecnici<br>definiti per la missione. I modelli sono stati implementati in<br>forma di funzioni C/C++ integrate in SIMULINK e i risultati<br>dimostrano che è possibile simulare il sistema in modo<br>adeguatamente accurato ad un costo computazionale compatibile con<br>un ambiente End-to-End.
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