Sviluppo e validazione di un simulatore di assetto e sottosistemi di bordo per un veicolo spaziale provvisto di propulsione elettrica
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7.
Conclusioni e sviluppi futuri
7.1 Sommario
In questo lavoro è stato sviluppato un simulatore che predice l’evoluzione dell’assetto e dello stato dei sottosistemi per un satellite in orbita geocentrica.
Il simulatore è in grado di elaborare i dati relativi alla geometria del satellite e di interfacciarsi con il propagatore orbitale D-Orbit sviluppato presso Alta SpA. al fine di valutare, in base agli elementi orbitali, le perturbazioni di assetto alle quali il satellite è sottoposto e di provvedere, se necessario, a controllarlo utilizzando una opportuna legge di controllo.
Parallelamente alla simulazione della dinamica dell’assetto il simulatore permette di creare un modello virtuale di alcuni dei sottosistemi che compongono il satellite così da valutarne lo stato durante l’evolversi della missione.
Al termine di ogni simulazione l’utente è in grado di ottenere dal programma alcuni grafici riassuntivi dell’evoluzione degli elementi orbitali e dello stato dei sottosistemi e ha la facoltà di salvare la simulazione per richiamarla in un secondo momento o utilizzarla come fonte per i dati iniziali di una nuova simulazione.
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7.2 Conclusioni
I risultati fin ora ottenuti dal simulatore hanno permesso di valutare l’affidabilità del programma e di apprezzare l’utilità di uno strumento di questo tipo per l’analisi di missione e la progettazione.
Il simulatore ci ha consentito infatti di osservare in maniera diretta gli scambi di energia tra i diversi sottosistemi che compongono il satellite e monitorare lo stato degli stessi così da scegliere opportunamente la strategia di missione da utilizzare. Abbiamo così avuto modo di osservare come determinate scelte, ritenute in un primo momento plausibili, siano poi in concreto non fisicamente realizzabili una volta ottenuti dati più precisi sui consumi dei singoli sottosistemi. Si è infatti osservato che l’evoluzione dell’assetto è strettamente correlata con la efficacia della strategia di missione e che quest’ultima non può essere ritenuta fattibile senza avere prima osservato nel dettaglio gli scambi di energia che avvengono nel satellite.
Si è avuto modo durante lo sviluppo del simulatore di acquisire un adeguato livello di esperienza sulla modellazione delle perturbazioni che possono influire sull'orbita e sull'assetto del satellite e sulle modalità di approccio al problema fisico. Abbiamo inoltre ottenuto un buon grado di confidenza con gli strumenti matematici necessari per affrontare correttamente la dinamica dell’assetto senza incorrere in problemi di natura computazionale. La possibilità inoltre di ottenere una descrizione della geometria del satellite sulla base di due soli parametri, due angoli, ci ha permesso di valutare in maniera accurata, al variare dell'assetto, l'intensità di quelle coppie di perturbazione il cui valore è fortemente dipendente dall'assetto stesso.
Nello sviluppo del simulatore abbiamo inoltre avuto modo di verificare il grado di discretizzazione che il programma è in grado di raggiungere. Abbiamo valutato la capacità del sistema di esercitare un'autorità di controllo sull'assetto ottenendo oscillazioni intorno all'assetto desiderato dell'ordine del millesimo di grado.
La possibilità di collaudare il simulatore sulla missione SPES ci ha inoltre fornito l’opportunità di affrontare una situazione plausibile nella quale l’utilizzo del simulatore diventa un’esigenza più che una opzione. Infatti in quei casi in cui l’esigenze energetiche del carico utile e quelle dei sottosistemi del satellite sono paragonabili, solo una simulazione sufficientemente accurata consente di ottenere risultati dettagliati sull’evoluzione dei sottosistemi.
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7.3 Sviluppi futuri
Il simulatore simula in maniera soddisfacente la dinamica dell’assetto e la meccanica orbitale del satellite e si presta facilmente ad essere completato costituendo una solida base per eventuali sviluppi futuri.
Una possibile modifica apportabile al programma consiste nel cambiare il modello di atmosfera utilizzato sin ora, sia dal simulatore che da D-Orbit, a vantaggio di uno che permetta, in base alla data della simulazione di stimare l’attività solare e di conseguenza la densità atmosferica. Questa modifica permetterebbe di avere una stima più precisa della resistenza atmosferica e quindi del suo effetto sia sull’orbita che sull’assetto. Un altro aspetto fin ora non considerato all’interno del simulatore è dato dalla variazione dei momenti di inerzia del satellite durante la missione a causa della variazione di massa del satellite. Questo fenomeno, fortemente legato alla struttura del sottosistema propulsivo, può avere un effetto non trascurabile sulla dinamica dell’assetto e la sua introduzione nella simulatore permetterà una migliore previsione dello stato del satellite.
Altri fenomeni come l’effetto delle radiazioni sul satellite o l’albedo terrestre potrebbero fornire uno strumento in più e una maggiore rispondenza al vero della simulazione Analogamente è possibile pensare di introdurre anche uno strumento che valuti i flussi di calore tra il satellite e l’esterno.
Sarebbe infine auspicabile ai fini della ottimizzazione del programma la rivisitazione del codice di D-Orbit così da evitare che determinate stime, come quella relativa alla densità atmosferica, si ripetano inutilmente accrescendo le richieste computazionali del simulatore.
