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Tesi etd-07012018-204047


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
FRESCUCCI, PIER PAOLO
URN
etd-07012018-204047
Title
Trasferimenti quasi-ottimi di veicoli spaziali con vela elettrica
Struttura
INGEGNERIA CIVILE E INDUSTRIALE
Corso di studi
INGEGNERIA AEROSPAZIALE
Commissione
relatore Prof. Quarta, Alessandro A.
relatore Prof. Mengali, Giovanni
correlatore Niccolai, Lorenzo
correlatore Bassetto, Marco
Parole chiave
  • traiettorie
  • ottimizzazione
  • vela elettrica
  • spinta continua
  • bassa spinta
  • sistema solare
Data inizio appello
17/07/2018;
Consultabilità
secretata d'ufficio
Data di rilascio
17/07/2021
Riassunto analitico
La vela elettrica è un sistema di propulsione spaziale a bassa spinta proposto dal Dott. Pekka Janhunen nel 2004. Tale sistema si basa su cavi metallici mantenuti ad un potenziale elettrico positivo rispetto ai venti solari carichi di protoni, ed è in grado di generare la spinta tramite l'interazione elettrostatica con le particelle in arrivo. In linea di principio, la spinta può essere modulata e direzionata agendo sul potenziale dei cavi, che possono trovarsi a potenziali differenti.
Il presente lavoro di Tesi studia l'utilizzo della vela elettrica in missioni di trasferimento interplanetarie con orbita eliocentrica e, in particolare, indaga metodi per trovare l'assetto ottimale della vela che permetta il trasferimento più rapido possibile e che porti al raggiungimento dell'orbita finale desiderata. Tutti questi metodi sono di natura euristica e si basano sullo studio della variazione istantanea dei parametri orbitali, presi singolarmente o in determinate combinazioni. In generale, i metodi presentati si dividono in due macro categorie: quelli che effettuano un'unica simulazione per ogni missione, in cui le variabili oggetto dell'ottimizzazione sono effettivamente i parametri di controllo della vela, e quelli che effettuano diverse simulazioni per ogni missione, durante ognuna delle quali vengono utilizzati i metodi di ottimizzazione della prima categoria. Per la seconda categoria di metodi le variabili di ottimizzazione non sono i parametri di controllo della vela in maniera diretta, bensì variabili specifiche a ciascun metodo che vengono processate al fine di ridurre il tempo di volo e lo scostamento fra l'orbita finale raggiunta e quella obiettivo. Si nota subito come la seconda categoria di metodi sia più difficoltosa da implementare numericamente e sia più dispendiosa in termini di risorse e tempi di calcolo.
I metodi di ottimizzazione sono stati infine applicati a tre diversi scenari di missione: la fuga dal sistema solare e i trasferimenti interplanetari Terra--Marte e Terra--Mercurio. Sono stati ottenuti risultati soddifacienti per tutte le tre missioni, con la seconda categoria di metodi che dà in generale i risultati migliori, ma anche la prima categoria risulta efficace per risolvere determinati problemi. Si può quindi concludere che i metodi di ottimizzazione presentati possono risultare utili per fornire una stima iniziale da usare come punto di partenza per procedure di ottimizzazione più raffinate.
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