Tesi etd-11012023-014249 |
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Tipo di tesi
Tesi di laurea magistrale
Autore
TACCHI, ALBERTO
URN
etd-11012023-014249
Titolo
Comprehensive Review and Reliability Analysis of Kick Stage Propulsion System Architectures
Dipartimento
INGEGNERIA CIVILE E INDUSTRIALE
Corso di studi
INGEGNERIA AEROSPAZIALE
Relatori
relatore Prof. Pasini, Angelo
relatore Ing. Blondel Canepari, Lily Celine
relatore Ing. Blondel Canepari, Lily Celine
Parole chiave
- Jupyter Notebook
- numpy
- pandas
- matplotlib
- Python libraries
- Python
- Andrew Space
- Mira
- Impulse Space
- Otter
- Starfish Space
- Chimera
- Epic Aerospace
- SL-OMV
- MOOG
- Orbiter
- Launcher
- Vast Space
- Vigoride
- Momentus Space
- Ariane 6
- Astris
- Susie
- Vega
- Vega E
- Ariane 5
- Vega
- PLD Space
- Pangea
- Colibri
- Maiaspace
- OPUS Aerospace
- Dark
- Firefly Alpha
- Mission Extension Vehicle
- MEV
- Mission Robotic Vehicle
- MRV
- Northrop Grumman
- CST-100 Starliner
- Boeing Company
- Boeing
- Firefly Orbital Transfer Vehicle
- Firefly
- Orion
- Fregat
- Mitsubishi Heavy Industries
- JAXA
- S4-SLV OTV
- SmallSpark
- Ossie
- Lucas
- Lola
- UARX Space
- Hyscab
- Hybrogines
- VIA
- Lunasa
- spacevan
- Exotrail
- Clearspace
- EROSS
- Thales
- Nyx
- The Exploration Company
- Sherpa
- reliability analysis
- affidabilità del sistema propulsivo
- propulsion system reliability
- FMEA
- FMECA
- ridondanza
- redundancy
- revisione della letteratura
- literature review
- architettura del sistema propulsivo
- propulsion system architecture
- pompa elettrica
- electric pump
- ESA
- Space Rider
- ECSS
- Lunanova
- Electron
- Rocket Lab
- Themis
- Prometheus
- Photon
- ION
- D-Orbit
- Reliant
- Exolaunch
- Falcon
- Dragon
- SpaceX
- Callisto
- P80
- Vega C
- analisi di affidabilità
- propulsione verde
- green propulsion
- Unione Europea
- European Union
- affidabilità
- reliability
- ASCenSIon
- stadi orbitali
- kick stage
- orbital stage
- space tug
- tug stages
- lanciatore
- razzo
- launcher
- launch vehicle
- tool
- ottimizzazione del design
- optimization design
- HyImpulse
- Isar
- Spectrum
- Rocket Factory Augsburg
- Redshift
- Latitude
- Orbex
- Skyrora
Data inizio appello
21/11/2023
Consultabilità
Non consultabile
Data di rilascio
21/11/2093
Riassunto
(ITA, ENG below) La crescita esponenziale degli attori nel settore spaziale negli ultimi anni ha provocato una crescita esponenziale nella frequenza di lancio. Nel 2022 sono stati compiuti ben 185 lanci che portavano 2509 satelliti in orbita.
In questa panoramica, i kick stage, anche chiamati stadi orbitali (orbital stages) o stadi di "traino" (space tugs) in letteratura, spiccano per il loro perfetto abbinamento con la presente situazione.
Infatti, i kick stage sono stadi aggiuntivi che vengono posizionati tra l'ultimo stadio ed il payload di un lanciatore, progettati per estendere le capacità di carico dei lanciatori correnti per inserimenti di payload multipli in orbite multiple, per migliorare la versatilità delle missioni in orbite GTO, lunari o nello spazio profondo, e per la rimozione attiva dei detriti spaziali.
Il ruolo dei kick stage è cruciale. Dopo essere stati inseriti con i payload, sta soltanto a loro completare la missione con successo. Dal momento che il sistema propulsivo è la parte più soggetta a guasti, una consistente analisi dell'affidabilità è necessaria per garantire il successo della missione.
La tesi presente ha l'obiettivo di fornire al lettore una esaustiva revisione della letteratura dei lanciatori e dei kick stage operativi ed in fase di sviluppo, seguita da un'analisi dell'affidabilità delle architetture dei sistemi propulsivi dei kick stage.
L'analisi dell'affidabilità qui presentata rappresenta una metodologia semplificata rispetto ai metodi correnti, che richiedono molto tempo, e permette al progettista di comparare diverse architetture del sistema propulsivo e prendere decisioni di compromesso che siano basate sull'affidabilità nelle fasi preliminari del progetto.
L'analisi di affidabilità darà come risultato diverse architetture del sistema propulsivo che soddisferanno gli standard ECSS per la sicurezza e l'affidabilità, in aggiunta a tipici requisiti di missione per missioni di kick stage.
La presente tesi fa parte di un tool sviluppato per il progetto ASCenSIon dell'Unione Europea nel programma Horizon 2020 per l'ottimizzazione di progetto di un kick stage con propulsione verde liquida. Il lavoro di tesi è stato svolto presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale dell'Università di Pisa, sotto la supervisione del Prof. Angelo Pasini e dell'Ing. Lily Blondel-Canepari.
(ENG) The exponential growth of actors in the space sector in the last few years has resulted in a steep increase of the launch rate. In 2022 around 185 launches bringing 2,509 satellites to orbit were carried out.
In this panorama, kick stages, also called orbital stages or space tugs in the literature, stand out for their perfect match with the present situation.
Indeed, kick stages are additional stages placed between the upper stage and the payloads of a launcher, designed to extend the capabilities of current launchers for multiple payload and multiple orbit injections, to improve the versatility of GTO, lunar or deep space missions, and for active debris removal.
The role of kick stages is crucial. After being injected with the payloads, it is only about them to complete the mission successfully. Since the propulsion system is the part most subject to failures, a solid reliability analysis is needed to guarantee mission success.
The present thesis has the aim of giving the reader an exhaustive overview of the operating and under development launcher and kick stage systems, followed by a reliability analysis of the propulsion system architectures of kick stages.
The reliability analysis presented here represents a simplified methodology with respect to the current methods, which are very time consuming, and allows designers to compare different system architectures and make trade-offs in order to be able to make reliability-based decisions in early stages of the design.
The reliability analysis will give as result different propulsion system architectures which will satisfy the ECSS standards for safety and reliability, as well as typical mission requirements for kick stage missions.
The thesis is part of a tool developed for the ASCenSIon project of the European Union in the Horizon 2020 programme for the design optimization of a kick stage with green liquid propulsion. The thesis work has been carried out at the Aerospace Engineering Department of the University of Pisa, under the supervision of Prof. Angelo Pasini and Ing. Lily Blondel-Canepari.
In questa panoramica, i kick stage, anche chiamati stadi orbitali (orbital stages) o stadi di "traino" (space tugs) in letteratura, spiccano per il loro perfetto abbinamento con la presente situazione.
Infatti, i kick stage sono stadi aggiuntivi che vengono posizionati tra l'ultimo stadio ed il payload di un lanciatore, progettati per estendere le capacità di carico dei lanciatori correnti per inserimenti di payload multipli in orbite multiple, per migliorare la versatilità delle missioni in orbite GTO, lunari o nello spazio profondo, e per la rimozione attiva dei detriti spaziali.
Il ruolo dei kick stage è cruciale. Dopo essere stati inseriti con i payload, sta soltanto a loro completare la missione con successo. Dal momento che il sistema propulsivo è la parte più soggetta a guasti, una consistente analisi dell'affidabilità è necessaria per garantire il successo della missione.
La tesi presente ha l'obiettivo di fornire al lettore una esaustiva revisione della letteratura dei lanciatori e dei kick stage operativi ed in fase di sviluppo, seguita da un'analisi dell'affidabilità delle architetture dei sistemi propulsivi dei kick stage.
L'analisi dell'affidabilità qui presentata rappresenta una metodologia semplificata rispetto ai metodi correnti, che richiedono molto tempo, e permette al progettista di comparare diverse architetture del sistema propulsivo e prendere decisioni di compromesso che siano basate sull'affidabilità nelle fasi preliminari del progetto.
L'analisi di affidabilità darà come risultato diverse architetture del sistema propulsivo che soddisferanno gli standard ECSS per la sicurezza e l'affidabilità, in aggiunta a tipici requisiti di missione per missioni di kick stage.
La presente tesi fa parte di un tool sviluppato per il progetto ASCenSIon dell'Unione Europea nel programma Horizon 2020 per l'ottimizzazione di progetto di un kick stage con propulsione verde liquida. Il lavoro di tesi è stato svolto presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale dell'Università di Pisa, sotto la supervisione del Prof. Angelo Pasini e dell'Ing. Lily Blondel-Canepari.
(ENG) The exponential growth of actors in the space sector in the last few years has resulted in a steep increase of the launch rate. In 2022 around 185 launches bringing 2,509 satellites to orbit were carried out.
In this panorama, kick stages, also called orbital stages or space tugs in the literature, stand out for their perfect match with the present situation.
Indeed, kick stages are additional stages placed between the upper stage and the payloads of a launcher, designed to extend the capabilities of current launchers for multiple payload and multiple orbit injections, to improve the versatility of GTO, lunar or deep space missions, and for active debris removal.
The role of kick stages is crucial. After being injected with the payloads, it is only about them to complete the mission successfully. Since the propulsion system is the part most subject to failures, a solid reliability analysis is needed to guarantee mission success.
The present thesis has the aim of giving the reader an exhaustive overview of the operating and under development launcher and kick stage systems, followed by a reliability analysis of the propulsion system architectures of kick stages.
The reliability analysis presented here represents a simplified methodology with respect to the current methods, which are very time consuming, and allows designers to compare different system architectures and make trade-offs in order to be able to make reliability-based decisions in early stages of the design.
The reliability analysis will give as result different propulsion system architectures which will satisfy the ECSS standards for safety and reliability, as well as typical mission requirements for kick stage missions.
The thesis is part of a tool developed for the ASCenSIon project of the European Union in the Horizon 2020 programme for the design optimization of a kick stage with green liquid propulsion. The thesis work has been carried out at the Aerospace Engineering Department of the University of Pisa, under the supervision of Prof. Angelo Pasini and Ing. Lily Blondel-Canepari.
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Tesi non consultabile. |
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