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Questo lavoro di tesi riguarda lo studio della risposta di un particolare tipo di propulsore spaziale, denominato propulsore ad effetto Hall, alle sollecitazioni introdotte dall’ambiente meccanico associato ad un veicolo di lancio. Tale studio ha lo scopo di fornire una base di partenza per i futuri test di qualifica che verranno realizzati su un propulsore ad effetto Hall e che costituiscono un passo fondamentale del processo che porterà all’effettivo utilizzo dello stesso in ambito spaziale.
Per prima cosa viene fornita un’introduzione sulla propulsione spaziale, concentrando l’attenzione su quella elettrica e quindi, sui propulsori ad effetto Hall, descrivendone i principi di funzionamento e le caratteristiche fondamentali.
Successivamente viene trattato l’argomento dei test di qualifica, relativamente alle tipologie esistenti e alle modalità di esecuzione dei test condotti per esaminare l’ambiente meccanico presente durante il lancio. Quindi, vengono fornite le generalità sulle sollecitazioni associate ad un lanciatore, soffermandosi in particolare sulle caratteristiche di urti meccanici e vibrazioni.
In seguito viene descritto l’ambiente meccanico associato a diversi veicoli di lancio, fornendo per ciascuno di essi le informazioni necessarie alla conduzione dei test di qualifica, che consentono di caratterizzare le sollecitazioni agenti sul payload durante le varie fasi del lancio in orbita.
Quindi, viene affrontato il problema dell’analisi vibrazionale, soffermandosi sulle diverse tipologie di analisi dinamica e sulla loro formulazione matematica. Inoltre, vengono presentati, in linea generale, i passi fondamentali di un’analisi dinamica agli elementi finiti.
Infine, viene condotta l’analisi agli elementi finiti della risposta di un propulsore ad effetto Hall, relativamente all’ambiente meccanico associato ad uno specifico veicolo di lancio. Vengono mostrate le varie fasi dello studio condotto e sono presentati i risultati ottenuti in termini di valori massimi delle tensioni e delle deformazioni, mettendo in evidenza i componenti maggiormente sollecitati.

This thesis concerns the study of the response of a particular type of space thruster, called Hall effect thruster, to the mechanical stress due to the environment associated with a launch vehicle. The aim of this study is to provide a baseline for future qualification tests that will be carried out on a Hall effect thruster; these tests represents a key step in the process that will lead to the effective use of the same thruster in space.
First an introduction to space propulsion is given, focusing the attention on the electric thrusters and then on the Hall effect thrusters, describing the principles of operation and its characteristics.
Then the different types and methods for realizing the qualification testing are described, which are conducted in order to examine the mechanical environment present during the launch. So, general information about the stress associated with a launch vehicle are given, with particular attention on the characteristics of mechanical shock and vibration.
After, the mechanical environment associated with several launch vehicles is described, providing for each of them the information necessary in order to conduct qualification testing. This will allow the characterization of the stress acting on the payload during the various stages of the orbital launch.
Then, the vibrational problem is described, focusing the attention on the different types of dynamic analysis and on their mathematical formulation. Moreover, the basic steps of a dynamic analysis with the finite element method are presented.
In the final part, the results of the finite element analysis of the response of a Hall effect thruster are shown, relating that to the mechanical environment associated with a specific launch vehicle. The various steps of the analysis are shown and the results obtained are presented in terms of maximum values of stress and deformation, highlighting the most stressed components.