Sviluppo e validazione di un simulatore di assetto e sottosistemi di bordo per un veicolo spaziale provvisto di propulsione elettrica
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Indice
1. Introduzione
………...41.1 Ambito della tesi e motivazioni………...4
1.2 Obiettivo della tesi………...5
1.3 System Modelling and Simulation………...5
1.4 Struttura della tesi………....7
2. Meccanica Orbitale
………..92.1 Classificazione delle orbite e missioni spaziali………...9
2.2 Sistemi di riferimento e unità di misura……….11
Sistemi di riferimento e trasformazioni di coordinate……….11
Tempo e conversioni temporali………....13
Unità canoniche………...14
Elementi Orbitali Classici………....15
2.3 Equazioni del moto………16
Il problema degli N corpi……….16
Il metodo di Cowell………..17
Sviluppo e validazione di un simulatore di assetto e sottosistemi di bordo per un veicolo spaziale provvisto di propulsione elettrica
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Perturbazioni orbitali………..18
Presenza di un terzo corpo………...18
Non perfetta sfericità della Terra………18
Resistenza atmosferica……….19
Pressione di radiazione solare……….20
2.4 Il simulatore D-Orbit……….22
3. Dinamica d’Assetto
……….263.1 Sistemi di riferimento………26
Sistema di riferimento inerziale………...26
Sistema di riferimento corpo………27
Assi principali………..27
3.2 Cinematica d’assetto………..27
Asse e Angolo di Eulero………...27
Gli angoli di Eulero……….29
I Quaternioni………29
3.3 Equazioni del moto………....32
Equazioni della cinematica d’assetto………..32
Equazioni della dinamica d’assetto……….33
3.4 Coppie di disturbo………..35
Pressione di radiazione solare……….36
Gradiente di Gravità………....36
Disallineamento della spinta………...38
Magnetico……….38
Il campo magnetico terrestre………...39
Resistenza atmosferica……….40
L’atmosfera terrestre………...41
3.5 Controllo d’assetto……….44
4. Integrazione numerica
………..454.1 Il metodo di Eulero………47
4.2 I metodi Runge – Kutta………..47
4.3 Il metodo Runge – Kutta (4,5) Dormand Prince………48
4.4 Il metodo Runge – Kutta (2,3) Bogacki e Shampine ………49
Sviluppo e validazione di un simulatore di assetto e sottosistemi di bordo per un veicolo spaziale provvisto di propulsione elettrica
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4.5 Il metodo Adams – Bashford – Moulton………...50
5. I sottosistemi di bordo
………..515.1 Sottosistema di alimentazione elettrica………..52
5.2 Sottosistema di immagazzinamento dell’energia………..54
5.3 Sottosistema di generazione della potenza………55
5.4 Sottosistema propulsivo……….56
5.5 Sottosistema di controllo e determinazione di assetto………...57
6. Il simulatore
………....576.1 D-Orbit………...58
6.2 La simulazione dell’assetto………64
6.3 La simulazione dei sottosistemi……….67
6.4 Validazione del simulatore………69
Le coppie di disturbo………69
Pressione di radiazione solare……….70
Disallineamento della spinta………...75
Gradiente di gravità………...78
Resistenza Atmosferica………81
Magnetico……….83
Sottosistema Propulsivo………...86
Sottosistema di generazione della potenza………..88
6.5 La missione SPES………..89
7. Conclusioni e sviluppi futuri
………...1017.1 Sommario……….101
7.2 Conclusioni………..102
7.3 Sviluppi Futuri……….103
