• dimensionamento dei sottosistemi di un satellite
• generatori di potenza a radioisotopi
• trasferimenti a bassa spinta
• Problema Circolare Ristretto dei tre Corpi

SOMMARIO

Nel ventesimo secolo, con l’inizio delle missioni interplanetarie, la comunità scientifica ha avuto la possibilità di approfondire lo studio dei satelliti galileiani. L’esperienza, i successi e i fallimenti accumulati nel corso delle varie missioni hanno reso evidenti i limiti dei tradizionali sistemi di esplorazione spaziale spingendo la ricerca scientifica verso modelli dinamici più accurati e opzioni tecnologiche più avanzate.

L’obiettivo di questa tesi è quello di progettare una missione spaziale verso le lune di Giove per studiarne le loro caratteristiche attraverso passaggi a bassa quota, sfruttando l’efficacia del problema circolare ristretto dei tre corpi sia da un punto di vista delle orbite operative che delle traiettorie di trasferimento. In particolare lo studio è focalizzato sull’accoppiamento della dinamica dei manifolds associati ai punti di librazione con le strategie di trasferimento a bassa spinta permesse dalla propulsione elettrica al fine di ridurre la massa di propellente consumata.

La crescente domanda di potenza elettrica prevista per queste missioni interplanetarie a notevole distanza dal Sole ha imposto lo studio di soluzioni che superino le intrinseche limitazioni dei generatori elettrici attuali quali batterie, celle a combustibili, pannelli solari. In tale tesi, tra le soluzioni tecnologicamente mature, è risultata di particolare interesse quella basata sul decadimento radioattivo (RTG), che ha dimostrato notevoli vantaggi se usata sia per alimentare i sottosistemi di bordo che il sistema di propulsione elettrica.

Nel presente lavoro di tesi, partendo da un analisi preliminare di missione si è giunti ad una stima del tempo e del propellente necessario per effettuare un tour delle lune di Giove procedendo poi al dimensionamento dei vari sottosistemi di bordo e alla proposta di una possibile architettura per il veicolo spaziale.


ABSTRACT

In the twentieth century, with the beginning of interplanetary missions, the scientific community has had the opportunity to deepen the study of the Galilean satellites. Experience, successes and failures accumulated during the various missions have clarified the limits of the traditional space exploration systems pushing towards dynamic models, more accuracy and more advanced technological options.

The goal of this thesis is to design a planetary tour of the Jupiter system in order to study their characteristics through passages at low altitude, using the effectiveness of the circular restricted three body problem both for operative orbits and transfer trajectories. In particular the study focuses on the combination of the manifolds associated with collinear libration points and low-thrust transfer strategies allowed by electric propulsion in order to reduce the mass of propellant consumed.

The growing demand for electrical power provided for these interplanetary missions at a considerable distance from the Sun has imposed the study of solutions that overcome the inherent limitations of the current electric generators such as batteries, fuel cells & solar panels. In this thesis, among the technologically mature solutions, particular interest has been placed on radioactive decay (RTG), which has demonstrated significant advantages as a power source for both on board instrumentation and electric propulsion.

Starting from a preliminary mission analysis to provide an estimate of time and propellant necessary to make a tour of the moons of Jupiter, this thesis proceeds to dimension the various on-board subsystems and proposes a possible architecture for the spacecraft.