• CR3BP
• determinazione orbitale autonoma
• filtro a particelle
• filtro di Kalman
• navigazione relativa
• orbite halo
• satellite
• sensori on-board
• spazio cislunare
• UKF
• VPE

La tesi esplora lo sviluppo e l'applicazione di algoritmi avanzati per la navigazione relativa e la determinazione orbitale nello spazio cislunare, un'area di crescente interesse grazie a missioni spaziali recenti e future, come il programma Artemis della NASA. Questo ambiente spaziale, situato tra la Terra e la Luna, presenta complessità dinamiche uniche dovute all'influenza gravitazionale combinata di entrambi i corpi celesti. La gestione di queste complessità richiede soluzioni tecnologiche sofisticate, capaci di garantire operazioni sicure ed efficienti, in un contesto in cui la precisione nella stima dello stato orbitale e nelle operazioni di prossimità è cruciale.
Il lavoro di ricerca si focalizza su due approcci complementari per affrontare le sfide della navigazione cislunare. Da un lato, è stato sviluppato un filtro di Kalman Unscented (UKF) che combina il modello della dinamica relativa descritto dal CR3BP (Circular Restricted Three-Body Problem) con le misurazioni provenienti dai sensori a bordo, come radar, lidar e sistemi di machine vision, per la stima dello stato relativo tra un satellite chaser e un target. Questo modello fornisce una base teorica robusta per la navigazione in un sistema dominato dalla gravità combinata di due corpi principali, come la Terra e la Luna. Le orbite descritte da questo modello, come le orbite halo, sono particolarmente adatte per missioni che richiedono un'elevata stabilità e un consumo minimo di carburante, caratteristiche essenziali per le operazioni di lunga durata nello spazio cislunare.
Parallelamente, è stato implementato un filtro a particelle che utilizza il metodo Virtual Primary Encke (VPE) per la determinazione orbitale del target. Questo filtro è posto in serie al filtro di Kalman Unscented (UKF) e sfrutta le grandezze stimate dal primo filtro per determinare in modo autonomo l'orbita del target, senza necessitare di misurazioni da stazioni di terra. Il VPE impiega traiettorie kepleriane locali, basate su un pianeta fittizio, per approssimare dinamicamente la traiettoria reale del target. Questo approccio permette di ottenere una descrizione orbitale accurata anche in contesti altamente perturbati, dove le condizioni ambientali possono rendere meno efficaci i modelli tradizionali come il CR3BP. L'enfasi su un sistema di determinazione orbitale che opera autonomamente nello spazio, senza dipendere da dati esterni, rappresenta un significativo passo avanti nella capacità di condurre missioni spaziali con maggiore indipendenza operativa.