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PORTALE DELLA DIDATTICA

Progetto di missioni e sistemi spaziali

01NZLMT

A.A. 2021/22

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
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Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/05 6 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
2020/21
Il corso presenta la complessità, le criticità e le potenzialità delle missioni spaziali e fornisce agli studenti gli strumenti per la loro progettazione. Il modulo Progetto di missioni e sistemi spaziali ha l’obiettivo di sviluppare la capacità di comprendere e saper gestire il progetto delle missioni spaziali e dei sistemi coinvolti nella loro realizzazione, grazie all’acquisizione delle metodologie di progettazione e degli strumenti ingegneristici tipici delle attività spaziali. Il corso è basato sulla modalità didattica pratica e interattiva, per cui l’allievo è coinvolto a partecipare attivamente alla propria formazione, includendo in particolare il lavoro in team per lo sviluppo del progetto della missione spaziale.
The course presents the complexity, critical aspects and opportunities of space missions and provides tools for their design. The Space missions and systems design module aims at giving the knowledge necessary to design space missions and systems. Satellites orbiting planets, interplanetary probes, rovers for planet exploration, transportation vehicles (both manned and unmanned), orbiting space stations and planetary outposts, will be considered and briefly described. The systems are then included in the broader concept of the space mission, which will be deeply analysed by studying the mission architecture, its elements, and their relations. The module will provide tools, methods and techniques, needed to deal with space mission design and development. The course is based on the hands-on education teaching&learning method, taking advantages of the teamwork-based approach to learning the art of space mission design.
Ci si attende che l’allievo acquisisca le conoscenze che gli consentano di: • comprendere le diverse tipologie di missioni spaziali, le loro peculiarità e la loro influenza sui sistemi che devono svolgerle, apprendendo i metodi tipici dell'ingegneria sistemistica; • progettare e analizzare la missione spaziale e i sistemi in essa coinvolti, mediante l’apprendimento delle metodologie, degli strumenti, dei processi e delle normative in uso nel campo aerospaziale; • confrontarsi con problematiche trasversali quali l’affidabilità, la sicurezza e i costi dei sistemi complessi e gestirne la progettazione; • utilizzare i principali strumenti di supporto alla progettazione: software di simulazione funzionale e fisica Ai fini dell’autonomia di giudizio e delle abilità comunicative, si stimolerà l’allievo chiamandolo a: • svolgere applicazioni progettuali sui sistemi in oggetto • stimare rapidamente gli ordini di grandezza dei valori numerici che ragionevolmente l'ingegnere si deve attendere nei principali casi di riferimento • redigere relazioni tecniche secondo gli standard ECSS e/o NASA • presentare il proprio lavoro ai docenti e colleghi, attraverso la simulazione di una MDR e/o PRR • conoscere la terminologia internazionale, in particolare quella inglese.
The student will acquire the skills needed to: • understand and deal with different kinds of space missions and the systems devoted to carry out the mission, by using the methods typical of system engineering; • design and analyse space missions and systems, using methodologies, tools, processes and standards of aerospace engineering; • deal with issues such as reliability, safety and cost of complex systems and integrate them in the design; • use the most popular simulation software in support to the design. In order to enhance the capability of autonomous judgment and the communications skill, the students will be encouraged to: • Carry out design cases on specific assignments; • Estimate the order of magnitude of numerical values, that can be reasonably expected in some reference case-studies; • Write technical reports according to standards commonly used in the aerospace engineering field (ESA and/or NASA); • Present his/her work to professors and colleagues within a simulated MDR and/or PRR; • Learn the international terminology, in particular the English terminology.
L’allievo che accede a questo insegnamento deve conoscere le nozioni base della fisica, dalla meccanica alla termodinamica all’elettromagnetismo. Sono inoltre richieste conoscenze dei sistemi spaziali, dell’astrodinamica, della propulsione e dei concetti fondamentali dell’elettronica analogica e digitale.
It is necessary that the students who will take this course have good skills in the fields of mathematics and physics. A good general knowledge of the existing types of space systems, astrodynamics, propulsion and electronics is required.
Le lezioni verteranno sui seguenti argomenti: Esempi di missioni spaziali notevoli, lo stato attuale della ricerca in campo spaziale e le prospettive future. Elementi di una missione spaziale e loro integrazione: il concetto di architettura di missione. Definizione degli elementi di una missione spaziale: l’oggetto della missione, il payload, il bus, il sistema di lancio, l’analisi dell’orbita, il sistema di terra, il controllo operazioni, l’architettura della rete di comunicazioni. Suddivisione della missione in segmenti. Definizione del Payload: esame del soggetto della missione, tipologie di payload. Overview delle funzioni del bus di servizio e i sottosistemi principali di un veicolo spaziale. Linee guida per il dimensionamento dei principali sottosistemi di bordo. Strumenti dell’ingegneria di sistema: metodi per il trade-off e l’analisi decisionale. Elementi e strumenti del Project Management. Analisi del rischio e dei costi. La progettazione di una missione spaziale (project work): Fasi del progetto: dallo studio di fattibilità alla preliminary requirements review (PRR). La definizione degli obiettivi di missione. Studio dell’oggetto della missione. Metodologie per l’analisi e definizione dei requisiti di missione e per la loro allocazione. L’analisi funzionale per la definizione dell’architettura di missione e dei requisiti funzionali. Metodologie per il trade-off di architetture alternative. Metodi, tecniche e strumenti per lo sviluppo del progetto del sistema primario e del suo supporto. La definizione della geometria della missione. La gestione dei vincoli imposti dall’ambiente spaziale. Progetto e dimensionamento del payload. Progetto e dimensionamento dei sottosistemi di bordo e dei sistemi di supporto a terra. Definizione dei budget di progetto. La progettazione della campagna di prove e verifiche per la qualifica e l’accettazione. Analisi del rischio e analisi del costo della missione e del programma spaziale. Sono previsti infine degli interventi da parte di docenti esterni, esponenti di primarie industrie e/o agenzie spaziali.
Lessons: Study of past and present space missions and overview on future missions. Space mission elements and their integration: mission concept and mission architecture. The elements: mission object, payload, bus, launch system, orbits, ground systems, operations, communications. The mission segments. How to define a payload: analysis of the mission object and choice of the payload. Guidelines for payload sizing. Review of onboard subsystems and their functions. Guidelines for subsystems sizing. Tools of systems engineering: methods for trade-off and decision making. Elements and tools of Project Management. Risk and Cost analyses. Space mission design (project work): Design phases: from conceptual study to the preliminary requirements review (PRR). Mission objectives definition. Study of the mission subject. Methods for analysis and definition of mission requirements and their allocation. Functional analysis to define mission architecture and functional requirements. Methods to trade-off alternative architectures. Methodologies, techniques and tools for primary system development. Mission geometry definition. Constraints and requirements review. Designing and sizing the payload, the space support systems and the ground system. Project budgets development. Design of the verification campaign for qualification and acceptance. Dependability and safety analysis. Cost analysis. Speeches given by external experts and representatives from aerospace companies and agencies.
Durante il corso viene proposta un’esercitazione di carattere progettuale, nella quale gli allievi, suddivisi in gruppi, sono chiamati a progettare diversi elementi di una missione spaziale. La missione viene proposta ogni anno in base alle tematiche di interesse per la ricercar aerospaziale. L’esercitazione è a tutti gli effetti un laboratorio di progetto, in cui gli allievi applicano le conoscenze acquisite nelle ore di lezione per progettare la missione assegnata, e rappresenta il cuore dell’intero corso. Circa la metà delle ore del corso sono infatti destinate all’attività di laboratorio, secondo un approccio hands-on-education. Verranno impiegati diversi strumenti di supporto alla progettazione, quali i software di modellazione fisica (SolidWorks/CATIA) e simulazione orbitale (GMAT/ASTOS/STK), oltre agli usuali tool informatici per le diverse tipologie di analisi previste (MATLAB/EXCEL). Il materiale necessario per lo svolgimento del progetto viene fornito a seconda delle esigenze durante lo svolgimento dello stesso. Le esercitazioni di norma si svolgono in laboratorio informatico sotto la guida del docente e del/i collaboratore/i. Le attività svolte durante l’esercitazione dovranno essere riportate nella relazione finale in cui gli allievi presentano lo svolgimento del loro lavoro.
An assignment will be proposed to develop a space mission design. The students, split into separate teams, will deal with the design of a space mission in response to specific stakeholders needs. The themes of the assignment are expression of most recent trends in the aerospace research field. The assignment is configured as a project work during which methods, techniques and tools presented during the lectures are applied and tested to a real case, following the hands-on-practice approach. The project work is the most important part of the course, and it takes at least half course time duration. Several tools will be used during the development of the design, depending upon the design phase and specific needs. In addition to the most popular software for analysis (Matlab Simulink, Excel), specific software suites will be used for the purpose (SolidWorks, GMAT/ASTOS/STK). During the project work additional reference material and tolls can be given depending upon the needs. The project work is carried out for the most part in the information laboratory under the supervision of professor and her research team. The project work shall be reported in the final report and presented through presentations.
Il materiale di riferimento è preparato dal docente ed è disponibile sulla pagina del corso sul portale della didattica. Il materiale è redatto in lingua inglese. Sono suggeriti i seguenti testi di approfondimento (alcuni sono disponibili sul web, altri in biblioteca): Space Mission Analysis and Design (SMAD), 3rd Edition, W.J. Larson and J.R. Wertz, Space Technology Library, Vol. 8 Space Mission Engineering: The New SMAD, J.R. Wertz, D.F. Everett, J.J. Puschell, Space Technology Library, Vol. 28 Elements of Spacecraft Design, C.D. Brown, AIAA Education Series Mission Geometry; Orbit and Constellation Design and Management, J.R. Wertz et alii, Space Technology Library, Vol. 13 Human Spaceflight; Mission analysis and Design, W.J. Larson, Space Technology Series, McGraw Hill ECSS standards (http://www.ecss.nl/) NASA System Engineering Handbook, NASA/SP-2007-6105, Rev1.
Specific reference material has been prepared by professor and is made available to the students on the web (lecture notes are provided in English). The following reference textbooks are also suggested (some of them are available on the web, others can be borrowed from the library): Space Mission Analysis and Design (SMAD), 3rd Edition, W.J. Larson and J.R. Wertz, Space Technology Library, Vol. 8 Space Mission Engineering: The New SMAD, J.R. Wertz, D.F. Everett, J.J. Puschell, Space Technology Library, Vol. 28 Elements of Spacecraft Design, C.D. Brown, AIAA Education Series Mission Geometry; Orbit and Constellation Design and Management, J.R. Wertz et alii, Space Technology Library, Vol. 13 Human Spaceflight; Mission analysis and Design, W.J. Larson, Space Technology Series, McGraw Hill ECSS standards (http://www.ecss.nl/) NASA System Engineering Handbook, NASA/SP-2007-6105, Rev1.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato grafico individuale; Elaborato grafico prodotto in gruppo; Elaborato scritto prodotto in gruppo;
L’apprendimento è verificato mediante valutazione dei documenti prodotti durante il corso e di un colloquio finale. Al fine di verificare il pieno raggiungimento degli obiettivi e quindi l’acquisizione delle competenze attese, il colloquio verte sugli argomenti teorici così come sul contenuto del project work, e sui contributi dati dalle testimonianze aziendali se applicabili. Al colloquio, lo studente è tenuto a presentare il proprio contributo al lavoro di gruppo mediante predisposizione di presentazione powerpoint, e a seguire la sessione di domande e risposte con il docente. La relazione relativa al project work (nella forma di un Executive Summary Report) e la presentazione personale devono essere consegnate obbligatoriamente al termine del corso, mediante procedura informatica sul portale della didattica. Il voto finale sarà dato dalla valutazione complessiva della prova orale, dell’Executive Summary Report e delle presentazioni finali/intermedie del project work.
Exam: Compulsory oral exam; Individual graphic design project; Group graphic design project; Group essay;
The assessment is built over evaluation of all documents produced by the students during the course, and a final oral examination. Each student shall present and defend his/her project work during the oral exam, and to demonstrate his/her knowledge on the behind theory. The student presents his/her work through powerpoint presentation, followed by a questions and answers session with the professor. The report on the project work and the personal presentation shall be submitted in advance on the webpage of the course for examination by the professor (due date will be communicated in due time during the course). The final mark is given on the basis of the overall work done by the student during the project work verified through the evaluation of the executive summary report, intermediate/final presentations, and the oral examination.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato grafico individuale; Elaborato grafico prodotto in gruppo; Elaborato scritto prodotto in gruppo;
L’apprendimento è verificato mediante valutazione dei documenti prodotti durante il corso e di un colloquio finale. Al fine di verificare il pieno raggiungimento degli obiettivi e quindi l’acquisizione delle competenze attese, il colloquio verte sugli argomenti teorici così come sul contenuto del project work, e sui contributi dati dalle testimonianze aziendali se applicabili. Al colloquio, lo studente è tenuto a presentare il proprio contributo al lavoro di gruppo mediante predisposizione di presentazione powerpoint, e a seguire la sessione di domande e risposte con il docente. La relazione relativa al project work (nella forma di un Executive Summary Report) e la presentazione personale devono essere consegnate obbligatoriamente al termine del corso, mediante procedura informatica sul portale della didattica. Il voto finale sarà dato dalla valutazione complessiva della prova orale, dell’Executive Summary Report e delle presentazioni finali/intermedie del project work.
Exam: Compulsory oral exam; Individual graphic design project; Group graphic design project; Group essay;
The assessment is built over evaluation of all documents produced by the students during the course, and a final oral examination. Each student shall present and defend his/her project work during the oral exam, and to demonstrate his/her knowledge on the behind theory. The student presents his/her work through powerpoint presentation, followed by a questions and answers session with the professor. The report on the project work and the personal presentation shall be submitted in advance on the webpage of the course for examination by the professor (due date will be communicated in due time during the course). The final mark is given on the basis of the overall work done by the student during the project work verified through the evaluation of the executive summary report, intermediate/final presentations, and the oral examination.


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