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PORTALE DELLA DIDATTICA

Meccanica del volo spaziale

01NZMMT

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 60
Esercitazioni in laboratorio 21
Tutoraggio 20
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Battipede Manuela Professore Associato ING-IND/03 60 0 21 0 9
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/03
ING-IND/03
1
7
F - Altre (art. 10, comma 1, lettera f)
B - Caratterizzanti
Altre conoscenze utili per l'inserimento nel mondo del lavoro
Ingegneria aerospaziale ed astronautica
2018/19
Il corso intende fornire agli allievi gli strumenti per comprendere i principali problemi della meccanica del volo spaziale. Ampia parte del corso è dedicata ai fondamenti dell'astrodinamica, con cenni alla meccanica celeste e con particolare attenzione al problema dei due corpi. Verranno inoltre fornite le nozioni di base per il progetto di missioni interplanetarie, con cenni a tutte le fasi della missione come lancio, messa in orbita, cambio di traiettoria, rientro a terra o cattura. Infine verranno trattati i problemi fondamentali legati alla dinamica del volo del satellite inteso come corpo rigido. Verranno svolte esercitazioni pratiche sul calcolo dei parametri orbitali, sulla stima delle perturbazioni orbitali, sul progetto di manovre per la modifica dei parametri orbitali, sul progetto delle manovre lunari e interplanetarie.
The course should provide the students with an overall comprehension of the basic concepts of space flight mechanics. A wide part of the course is dedicated to the fundamental of astrodynamics, with mention to the historical backgrounds of the celestial body mechanics and particular attention to the two-body orbital mechanics. The course content includes orbit determination, orbital maneuvers, orbital prediction, lunar and interplanetary trajectories, space vehicle performance. Practical applications are presented in form of short examples and more structured and complex tutorials on orbital element determination, ground track visualization, orbital maneuvers, sub-orbital trajectories as well as lunar and interplanetary transfers.
Ci si aspetta che gli studenti acquisiscano competenze teoriche e pratiche sui problemi trattati con particolare attenzione ai risvolti ingegneristici della materia. Gli studenti dovrebbero inoltre acquisire la capacità di simulare missioni storiche utilizzando strumenti di progettazione normalmente utilizzati in ambiente industriale (Matlab, Simulink e STK). L'esame intende quindi accertare che lo studente sia in grado di ragionare sugli argomenti trattati e di esporre le proprie considerazioni con la terminologia appropriata.
The students are expected to acquire familiarity with concepts and methods used within the field of space flight mechanics. The students shall acquire capabilities of performing analytical and computer based calculation of orbits and missions, using autonomously developed codes, under the MATLAB/Simulink environment. They should also become familiar with industrial developed codes. At the end of the course, the students should have developed the right skills to address autonomously theoretical and practical subjects related to the proposed program, but not necessarily included, within the state-of-the-art and with particular emphasis to the engineering aspects. The exam is meant to assess the abilities of the student to deal with flight control design problems, processing the information coherently and communicate results and rational effectively and with the appropriate terms.
E’ richiesto che gli studenti abbiano dimestichezza al calcolo matriciale, algebra lineare e calcolo differenziale e che abbiano inoltre nozioni di base di meccanica razionale.
Pre-requirements are basic courses in linear algebra, calculus, and ordinary and partial differential equations.
Elementi di meccanica celeste: • leggi di Keplero, leggi di Newton, legge di gravitazione universale • cenno al problema degli n corpi, problema dei due corpi, equazioni del moto relativo • caratteristiche del campo gravitazionale: conservazione dell'energia meccanica e del momento della quantità di moto, velocità ed accelerazioni • equazione della traiettoria, equazione polare della sezione di conica, similarità tra l'equazione della traiettoria e l'equazione della conica: geometria delle coniche • legame tra energia e momento della quantità di moto e la geometria dell'orbita, problema tempo, velocità cosmiche. Sistemi di riferimento: • sistema eliocentrico • sistema geocentrico • parametri orbitali • sfera celeste: sistema di ascensione retta-declinazione • determinazione dei parametri orbitali a partire da r e v • sistema perifocale • cambio del sistema di riferimento • traccia dell'orbita a terra e cono di visibilità Traiettorie balistiche. Satelliti artificiali: • orbite geostazionarie, eliosincrone e molnya • perturbazioni e correzioni orbitali • manovre obitali nel piano • manovre orbitali fuori dal piano Traiettorie lunari: • semplici traiettorie terra-luna • approssimazione patch-conics • Il problema dei tre corpi ristretto, punti di librazione e superficie di Hill Traiettorie interplanetarie: • introduzione al sistema solare • approssimazione patch-conics: fase eliocentrica, finestra di lancio, arrivo al pianeta target con cattura e flyby • decollo del razzo, messa in orbita del razzo, staging, rientro
Historical backgrounds in astrodynamics. Celestial body mechanics: • Kepler's Laws, Newton's Laws of Motion and Universal Gravitation • introduction to the N-Body Problem • the two-body problem: equations of motion • constants of the motion: mechanical energy and angular momentum, velocity and acceleration • the trajectory and conic equations: conic Sections • relating specific mechanical energy and angular momentum to the orbit geometry • the measurement of time • circular and escape velocity, hyperbolic excess speed and cosmic Velocities Reference Frames: • perifocal, heliocentric, geocentric and topocentric system • classical and modified orbital elements • orbital element determination from the satellite position and velocity vectors • coordinate transformation • ground track and ground visibility Sub-orbital trajectories. Artificial Earth satellites: • geostationary, geosynchronous, sun synchronous, polar e molniya orbits • perturbations and orbital corrections • non-coplanar and planar maneuvers Lunar trajectories: • the patched-conic approximation • restricted circular three-body problem, Lagrangian libration points, Hill surface Interplanetary trajectories • introduction to the Solar System • patched-conic approximation: Earth departure trajectory, arrival to the target planet, planetary escape and capture
La materia, visto il suo aspetto pratico ed applicativo, si presta allo svolgimento di esercizi per ciascuno degli argomenti trattati. Le esercitazioni occuperanno quindi poco meno della metà del tempo di didattica frontale.
The course has a strong practical approach and the students are constantly guided towards the application of theory to case-study examples. Tutorials are, thus, a very important part of the course. For this reason almost half of the course is dedicated to address, solve and analyze the case-study examples proposed within the tutorials.
Testi di riferimento: • Roger R. Bate, Donald D. Mueller, Jerry E. White, Fundamental of Astrodynamics, Dover Publications, Inc. New York, 1971 • Marshall H. Kaplan, Modern Spacecraft Dynamics & Control, John Wiley & Sons, 1976 • J.W. Cornelisse H.F.R. Schoyer & K.F. Wakker, Rocket Propulsion and Spaceflight Dynamics B. Pitman Publishing Ltd
Reference books: • Roger R. Bate, Donald D. Mueller, Jerry E. White, Fundamental of Astrodynamics, Dover Publications, Inc. New York, 1971 • Marshall H. Kaplan, Modern Spacecraft Dynamics & Control, John Wiley & Sons, 1976 • J.W. Cornelisse H.F.R. Schoyer & K.F. Wakker, Rocket Propulsion and Spaceflight Dynamics B. Pitman Publishing Ltd
Modalità di esame: prova orale obbligatoria;
La valutazione consiste in un tradizionale esame orale durante il quale verranno poste al candidato tre domande per le quali può essere richiesto anche lo svolgimento di brevi calcoli. La discussione delle esercitazioni contribuiscono alla valutazione finale. Essendo un corso specialistico di fine percorso, verranno valutate le competenze acquisite a livello ingegneristico nonché la capacità di esposizione secondo successione logica e proprietà di linguaggio.
Exam: compulsory oral exam;
The final test consist in a traditional oral exam during which the students is expected to address with theoretical and practical argumentations three different subjects. Analysis and discussion on the tutorial results can contributes to the final evaluation. As this is a specialist course, the final evaluation is strongly affected by the student capability of communicating effectively engineering concepts, using a proper terminology within rational and logical cause-effect relationships.


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