Ingegneria Aerospaziale

Il corso si propone di fornire una conoscenza preliminare dei profili di missione per l’esplorazione spaziale e della strumentazione utilizzata come carico utile. Il programma è strutturato come segue: ----- Introduzione ----- • Tipologie di missioni per l'esplorazione del sistema solare: flyby spacecraft, orbiter, lander, rover, sonde atmosferiche, palloni aerostatici, quadricotteri, penetratori e formazioni • Sistemi di riferimento (ICRF e body fixed) e temporali (UTC e TDB) • Orbite kepleriane e flyby per l'esplorazione spaziale • Local Mean Solar Time e Local True Solar Time ----- Configurazione orbitale ----- • Perturbazioni orbitali: Forze gravitazionali e non conservative • Metodi per determinare l'evoluzione orbitale: tecniche di perturbazioni speciali (Cowell e Encke) e generali (metodo delle variazioni delle costanti) • Orbite eliosincrone e (quasi-)frozen per l'esplorazione spaziale • Orbite ELFO per l'esplorazione lunare ----- Assetto ----- • Definizione della matrice di assetto • Asse e angolo di Eulero • Puntamento nadir e off-nadir ----- Geometria di osservazione ed esplorazione ----- • Geometria sulla sfera celeste • Tassonomia e teoremi dei triangoli sferici • Geometria relativa tra sonda spaziale e corpo centrale • Definizione di puntamento di superfici planetarie • Campo di vista e tassi di accesso all'area di interesse • Determinazione della copertura di superficie • Sorgenti di errore per puntamento e mappatura ----- Strumentazione per l'esplorazione spaziale ----- • Obiettivi delle missioni per l'esplorazione spaziale • Aree tematiche per l'esplorazione 1. Composizione superficiale, geologia e geomorfologia 2. Geodesia, geofisica e struttura interna 3. Scienza dell'atmosfera e magnetosfera • Classificazione dei sensori per l'esplorazione spaziale • Panoramica e parametri operativi degli strumenti di direct-sensing 1. Detectors 2. Strumenti di plasma 3. Spettrometri di massa 4. Magnetometri • Principi fondamentali e proprietà delle onde elettromagnetiche • Panoramica e parametri operativi degli strumenti di remote sensing Strumenti passivi: 1. Camere ottiche 2. Polarimetri 3. Fotometri 4. Spettrometri nel visibile e nel vicino infrarosso 5. Radiometri 6. Spettrometri di raggi X e Gamma, e neutroni Strumenti attivi: 1. Synthetic Aperture Radar (SAR) 2. Altimetri 3. Sounders • Camere ottiche e spettrometri • CCD e configurazione ottica • Modello di camera pinhole • Riflettanza e segnatura spettrale • Cubo multi- e iper-spettrale • CCD e configurazione ottica • Framing camera, e sistemi di scansione e pushbroom • Risoluzione spaziale, temporale, radiometrica e spettrale • CCD e configurazione ottica • Modelli di topografia globali e locali • Altimetri Radar altimetri • Bande di frequenza nelle microonde • Equazione del radar e backscatter • Modello di camera pinhole • Misura di distanza e slant range resolution • Dimensione della footprint Laser altimetri • Trasmettitore e ricevitore • Misura del tempo di volo • Divergenza dell'impulso laser • Dimensione della footprint • Geometria dell'osservazione altimetrica • Correzioni e bugdet di errore ----- Progetto preliminare di una missione per l'esplorazione spaziale ----- Per accedere alla modalità semplificata della prova finale che prevede lo svolgimento della prova scritta, gli studenti potranno completare un report individuale che prevede lo studio preliminare di una missione per l'esplorazione spaziale. Nel testo dell'esercitazione saranno forniti i requisiti di missione e gli obiettivi relativi all'esplorazione del corpo di interesse. • Fasi orbitali: 1. Fase di trasferimento; 2. Fase di cattura; 3. Fase scientifica primaria • Selezione di un'orbita stabile che sia in linea con i requisiti di missione. • Selezione dei sistemi per l'esplorazione spaziale che consenta il soddisfacimento degli obiettivi scientifici. • Copertura superficiale delle zone di interesse fornendo le prestazioni in termini di risoluzione spaziale e temporale.

I prerequisiti del corso sono tutti gli esami obbligatori del corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale.

Larson, Wiley J., and James Richard Wertz. Space mission analysis and design. No. DOE/NE/32145-T1. Torrance, CA (United States); Microcosm, Inc., 1992. Wertz, J.R., 2001. Mission geometry; orbit and constellation design and management. Space Technology Library. Battin, R.H., 1999. An Introduction to the Mathematics and Methods of Astrodynamics, revised edition. American Institute of Aeronautics and Astronautics. Hintz, G.R., 2015. Orbital mechanics and astrodynamics. Techniques and Tools for Space Missions. Springer.

A causa dell'emergenza Covid 19 il corso si svolge in modalità mista (blended). Le lezioni si svolgeranno in aula mediante il metodo tradizionale e verranno condivise contemporaneamente online mediante sistemi di video conferenza (e.g., Zoom). Gli studenti che vorranno partecipare alle lezioni di persona dovranno seguire le direttive dell'Ateneo. Tutto il materiale verrà registrato e reso disponibile agli studenti mediante Google Classroom e Moodle Sapienza.

È consigliata la frequenza delle lezioni in presenza. Le registrazioni delle lezioni è fornita su Google classroom.

La modalità di valutazione del corso consiste in: 1) Prima prova scritta (durata: 2 ore) La prima prova consiste in 5 domande a risposta multipla (3 punti ciascuna) e un esercizio applicativo (15 punti) basato su scenari di missioni spaziali esistenti o in fase di sviluppo. Il punteggio massimo è pari a 30/30. Le domande a risposta multipla richiedono una breve giustificazione del ragionamento adottato: la semplice selezione della risposta corretta non è sufficiente per ottenere il punteggio completo. L’obiettivo della prova è valutare la capacità dello studente di applicare in autonomia le conoscenze acquisite nella risoluzione di problemi. È consentita la consultazione del materiale ufficiale del corso (slide), ma non sono ammessi appunti personali, esercitazioni né le loro soluzioni. 2) Seconda prova scritta (durata: 30 minuti) La seconda prova, da svolgere lo stesso giorno della prima a distanza di 1–2 ore, è dedicata alla verifica degli aspetti teorici del corso. Essa consiste in 3 domande aperte, ciascuna valutata fino a un massimo di 10 punti, per le quali è richiesta una risposta sintetica corredata da una breve dimostrazione o argomentazione. Anche questa prova è valutata in trentesimi. Valutazione finale: Il voto finale sarà determinato dalla media aritmetica dei voti conseguiti nelle due prove scritte, arrotondata all'intero più vicino. I criteri di valutazione sono: conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24- 25); buona capacità di applicare la conoscenza (27-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente e approccio critico (29-30 con lode)

Il corso si svolge in presenza in aula. Le lezioni vengono registrate e rese disponibili online tramite piattaforme di videoconferenza (e.g., Zoom). Tutto il materiale didattico, incluse le registrazioni delle lezioni, sarà caricato e accessibile agli studenti tramite Google Classroom.