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PORTALE DELLA DIDATTICA

Sistemi aerospaziali

03GKZMT

A.A. 2020/21

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 65
Esercitazioni in aula 15
Tutoraggio 15
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Corpino Sabrina - Corso 1 Professore Associato ING-IND/05 24 3 0 0 7
Corpino Sabrina - Corso 2 Professore Associato ING-IND/05 24 3 0 0 7
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/05 8 B - Caratterizzanti Ingegneria aerospaziale ed astronautica
2020/21
L’obiettivo principale dell’insegnamento è quello di contribuire alla formazione dell’ingegnere moderno, capace di approfondire le tradizionali discipline tecniche e integrarle in una visione di Sistema chiamato a svolgere importanti funzioni nella società. I Sistemi Aerospaziali moderni sono caratterizzati da un grado di complessità elevato, principalmente imputabile alle molteplici interrelazioni fra gli elementi costituenti il sistema e alla sua collocazione nel quadro dei sistemi ingegneristici globali oltreché alla complessità tecnica dei singoli elementi. Il corso offre un percorso di apprendimento di conoscenze e formazione di abilità nel campo dei Sistemi Aerospaziali, ossia sistemi complessi, tecnologicamente innovativi, integrati nei moderni sistemi dei trasporti e delle comunicazioni, e alla base di avanzati servizi per la società come la navigazione, il monitoraggio del territorio, e l’Internet of Things. Il corso si propone dunque di sviluppare nell’allievo una mentalità multidisciplinare e critica, fornendo le conoscenze e gli strumenti di base sui Sistemi Aerospaziali, e le capacità di formulazione e risoluzione dei problemi connessi alla loro realizzazione e gestione operativa. Le competenze acquisite sono funzionali a supportare e favorire l’inserimento dell’allievo in un contesto professionale di alto profilo, nell’industria e nei centri di ricerca in ambito aerospaziale e nei settori affini.
The main goal of this course is to foster the education of the new aerospace engineer, able to go into the details of traditional technical disciplines and to integrate this knowledge into a global vision of the System required to deliver important functions in our society. Modern Aerospace Systems feature a high degree of complexity, mainly due to the multiple interactions among its constituent elements and with the external world, and to the complexity of the elements as single parts of the global systems. The course offers an education path aimed at acquiring new knowledge and skills on Aerospace Systems, that is complex innovative systems featuring novel technology, integrated within modern engineering systems for transport and telecommunications, and used for societal services like navigation, remote sensing and monitoring, and Internet of Things. The course aims at shaping a multidisciplinary and critical attitude in the student, by providing knowledge and tools about Aerospace Systems, and by building the ability to formulate and solve problems related to the development and operations of those systems. The skills acquired in the course are preparatory to a high-profile professional career in the context of industry and research centres in the aerospace domain and relevant fields.
Il corso ha l’obiettivo di sviluppare nell’allievo una mentalità multidisciplinare e critica, attraverso un percorso di apprendimento attraverso il quale l’allievo matura le conoscenze di base (tecniche e trasversali) sui Sistemi Aerospaziali, e sviluppa le capacità di formulazione e risoluzione dei problemi connessi alla loro realizzazione e operatività in un contesto globale. Ci si attende che l’allievo acquisisca le conoscenze relative a: contesto applicativo e tipologie di sistemi (aeronautici, spaziali e infrastrutture di supporto terrestri), caratteristiche tecniche dei sistemi e sottosistemi di bordo e di terra, sia in relazione alle funzioni da svolgere, sia in merito alle tecnologie necessarie per la loro realizzazione, metodi di progettazione e strumenti di dimensionamento dei sistemi aerospaziali, metodologie di valutazione delle diverse soluzioni. Le competenze acquisite costituiscono la base per lo studio di applicazioni di interesse pratico, attraverso le quali l’allievo sviluppa le capacità di: impostazione del problema ingegneristico, ricerca, sviluppo e analisi delle soluzioni, valutazione e scelta della soluzione ottimale nel quadro del contesto globale. Al termine del corso, è importante che l’allievo abbia costruito un solido bagaglio culturale che comprende: • conoscenza delle peculiarità delle missioni aerospaziali, in termini di caratteristiche funzionali, architetturali, e operative; • conoscenza delle diverse tipologie di sistemi aerospaziali, dai velivoli atmosferici (con e senza pilota) a quelli spaziali (abitati e non) sia per missioni in orbita (satelliti, sonde, stazione spaziale) sia per esplorazioni planetarie su superficie (rover e insediamenti permanenti); • conoscenza dell'architettura e degli elementi di supporto per i sistemi primari che svolgono la missione: i sistemi di supporto alla navigazione, le stazioni di controllo remoto, il sistema di supporto logistico; • conoscenza dei sistemi e sottosistemi di bordo in termini funzionali, architetturali e operativi; • conoscenza delle relazioni tra requisiti e vincoli di missione e il sistema che la svolge, e le relazioni a livello sistema/sottosistemi, nell’ottica di sistema integrato; • conoscenza dei metodi di progettazione e dimensionamento dei sottosistemi di bordo e dei link di comunicazione; • conoscenza dei metodi di valutazione e scelta di soluzioni progettuali diverse; • applicazione delle conoscenze a casi di interesse pratico di progettazione di sistemi e sottosistemi aeronautici e spaziali; • estensione delle conoscenze a casi innovativi e soluzioni avanzate, nell’ottica di sviluppo futuro del settore aerospaziale. Le abilità sviluppate nel corso sono funzionali all’inserimento dell’allievo nel contesto professionale, in particolare per supportare le tipiche attività dell’ingegnere sistemista aerospaziale: • impostazione e soluzione di problemi relativi alla progettazione di sistemi e sottosistemi, a livello funzionale e fisico (definizione di architetture e dimensionamento) • sviluppo di analisi di dettaglio su particolari sottosistemi • impostazione e sviluppo di studi di trade-off di soluzioni progettuali • definizione delle logiche decisionali nel contesto applicativo di riferimento Ai fini dell'autonomia di giudizio e delle abilità comunicative, si stimolerà l'allievo chiamandolo a: • svolgere semplici applicazioni progettuali sui sottosistemi in oggetto; • stimare rapidamente gli ordini di grandezza dei valori numerici che ragionevolmente l'ingegnere si deve attendere nei principali casi di riferimento; • curare la proprietà di linguaggio e conoscere la terminologia tecnica internazionale, in particolare quella inglese.
The course aims at developing the student’s multidisciplinary and critical attitude, that is a “systems engineering view”, through an educational path in which the student acquires the basic knowledge on Aerospace Systems and develops the ability to set up and solve problems related to the development and operations of those systems in the global framework of Systems of Systems. The student acquires knowledge about: applications and context in which aerospace systems (aircraft, spacecraft and ground systems) are developed and operated; technical characteristics of aerospace systems and subsystems in terms of functions to be delivered and technology to be integrated; design methods and sizing tools; and methods for developing assessment and decision-making process about possible design solutions. The competences built so far, make the basis for the study of applications of interest, through which the student develops his/her skills in terms of: formulation of engineering problems, and solutions search and analysis, assessment and optimisation of the baseline design. At the end of the course, it is expected that the student has a solid background on: • aerospace mission functions, architectures and operations • types of aerospace systems, which range from atmospheric vehicles (manned or unmanned) to space vehicles (manned or unmanned) both for in space (satellites, probes, space stations) and for planetary surface missions (rover and permanent settlements); • architecture and elements that support the primary systems that perform the mission: systems for navigation, remote control stations, logistic support system; • systems and subsystems functions, architectures, and operations • relationships between the elements of the integrated aerospace systems; • design and analysis tools for aerospace systems and communications systems • assessment and trade-off tools in support to the decision-making process • development of practical case studies • innovative applications and novel technologies on the horizon in the aerospace field The skills that the student acquires through this course are of paramount importance in the typical activity carried out by a Systems Engineer in the aerospace domain: • Set up and solution of design problems (definition and sizing of system’s architectures) • Detailed analysis of particular system/subsystem • Trade off studies development • Definition of decision-making logics In order to enhance the capability of autonomous judgement and the communications skill, the students will be encouraged to: • carry out simple subsystems design applications; • estimate the order of magnitude of numerical values, that can be reasonably expected in some reference case-studies; • improve the correct use of language and learn the relevant international vocabulary, with reference to the English technical terminology.
È necessario che gli allievi che accederanno a questo corso abbiano una buona padronanza di tutte le varie branche della fisica (cinematica, statica, dinamica, termodinamica, elettrotecnica, ottica, acustica, etc.). Di chiaro ausilio sarebbe la conoscenza dei principi base dell'aerodinamica, della meccanica del volo, delle costruzioni e della propulsione aerospaziale, e dei sistemi ed equipaggiamenti di bordo. Per quanto riguarda gli aspetti matematici si richiede di aver acquisito i concetti dell’analisi e della statistica, nonché nozioni di base sui controlli automatici.
It is necessary that the students, that will take this course, have solid background in various fields of physics (kinematics, static, dynamics, thermodynamics, electricity, optics, acoustics, etc.), and good general knowledge of fluid dynamics, flight mechanics, structure and aerospace propulsion, and onboard systems and equipment. As far as the mathematical aspects are concerned, the basic concepts of analysis, statistics, and control theory are assumed well known.
Introduzione al concetto di Sistema Aerospaziale come integrazione di più sistemi ed elementi. L’Ingegneria Sistemistica come approccio e metodo di progetto e gestione (6 ore). Sistemi Spaziali: introduzione su problematiche e vantaggi legati allo sfruttamento ed esplorazione dello spazio e varie tipologie di sistemi spaziali e loro collocazione all'interno del concetto più ampio di missione spaziale. Delle diverse tipologie di sistemi spaziali si studiano le caratteristiche globali principali, i possibili payload e il dettaglio dei sottosistemi di bordo che costituiscono il bus di servizio, in particolare i sottosistemi di bordo chiamati a svolgere le funzioni di: a) controllo dinamico del veicolo (sistema di determinazione e controllo dell'assetto di un veicolo e sistema di determinazione e controllo dell'orbita); b) generazione, immagazzinamento, regolazione e distribuzione della potenza elettrica; c) controllo e protezione termica, controllo ambientale e supporto alla vita (per sistemi abitati); d) comunicazione; e) gestione dei dati e dei comandi (computer di bordo); f) funzioni strutturali e meccaniche (37,5 ore). Sistemi Aeronautici: presentazione dei differenti ruoli e delle classi dei sistemi aeronautici civili e militari. Introduzione alla metodologia di progetto del sistema avionico esaminando le sue funzionalità, architetture e tipologie di equipaggiamenti al fine di ottenere un dimensionamento preliminare. Descrizione e analisi dell’avionica di base e di missione: esame dei principali sottosistemi avionici e dei principali tipi di apparati approfondendo le funzioni di: a) comunicazione; b) navigazione; c) sorveglianza e identificazione; d) attacco/difesa; e) controllo del volo. Componenti avioniche di terra. Il cockpit come interfaccia uomo/macchina. Integrazione avionica e integrazione globale dei sistemi: aspetti funzionali, software e installativi. Cenni al concetto di Sistema di Sistemi (36 ore).
Introduction to Aerospace Systems as complex integrated sets of different elements and interactions. The Systems Engineering approach and methods for the design and management of Aerospace Systems, Missions and Programmes (6 hours). Space Systems: introduction to challenges and opportunities related to the exploitation and exploration of space, to various types of space systems and their role within the wider concept of space mission. The main global characteristics of the various types of space systems, their possible payloads and the on-board subsystems of the service bus are studied. In particular, the analysis is focused on subsystems that accomplish the following functions: a) dynamic control of the vehicle (attitude determination and control subsystem and orbit determination and control subsystem, including secondary propulsion); b) electrical power generation, storage, regulation and distribution; c) thermal protection and control, environmental control and life support (manned systems); d) communications; e) data handling and commands (on board computer); and f) structures and mechanisms (37,5 hours). Aeronautical Systems: presentation of roles and classes of civil and military aircraft (manned and unmanned). Introduction to the design methodology for sizing the avionics, taking into account its functions, architectures and possible equipment and devices. Description and analysis of the main on-board mission and basic avionic subsystems and equipment that accomplish the following functions: a) communications; b) navigation; c) surveillance and identification; d) attack and defence; e) flight control. Ground avionics. The cockpit and man/machine interface. Integration of avionics and other on-board systems: functional, software and installation aspects. The concept of System of Systems (36 hours).
Il corso si sviluppa attraverso una serie di lezioni ed esercitazioni. Le lezioni sono volte a fornire agli allievi: le conoscenze relative ai Sistemi Aerospaziali in termini di descrizioni, principi di funzionamento, aspetti architetturali e tecnologici; le basi metodologiche del progetto e del dimensionamento dei sistemi, fornendo strumenti e metodi di calcolo applicabili al settore; e gli approfondimenti tra i sistemi concorrenti alla realizzazione della missione finale. Le esercitazioni hanno l’obiettivo di supportare la comprensione degli argomenti trattati a lezione, estendendo e applicando le conoscenze acquisite a casi di interesse, mediante lo svolgimento di esercizi in aula. Di norma per le esercitazioni in aula, gli allievi devono prevedere, nell'ambito dei crediti assegnati, un lavoro personale a casa per completamenti. Sono previste due squadre di esercitazione, al fine di favorire l’interazione tra allievi e docente, e per meglio accogliere richieste di approfondimenti e/o chiarimenti degli allievi stessi.
The course is developed through lectures and class-works. The lectures aim at providing: knowledge on Aerospace Systems in terms of description, principles of operations, architecture and technology; design methodologies and analysis/sizing tools, and insight into modelling interactions and relationships among system’s elements. The class-works have the objective of enhancing the student’s comprehension and autonomy in conducting his/her assignments. Exercises are proposed and partially solved by the professors, while the completion is left up to the student for home-work. For the class-works, the students are split into two groups, in order to facilitate the interaction between the students and the professor, and to better handle specific students’ requests for clarification.
Poiché questo modulo di insegnamento è una particolare sintesi di molti aspetti della sistemistica aerospaziale, è stato sviluppato del materiale didattico apposito che non coincide con un unico testo disponibile sul mercato. Le fonti vengono richiamate laddove applicabile, e vengono consigliati testi per eventuali approfondimenti. La maggior parte del materiale è fornito in lingua inglese. Lezioni: le copie delle diapositive utilizzate a lezione, vengono messe a disposizione agli studenti iscritti all'insegnamento sul portale della didattica. Esercitazioni: i testi dei temi proposti e quanto utile per la soluzione degli stessi vengono messi a disposizione degli studenti sul portale della didattica. Le dispense del corso, a cura dei docenti, sono caricate in forma draft sul portale della didattica prima dell’inizio della lezione di riferimento. Se necessario, i docenti si riservano di aggiornare e sostituire il file caricato, segnalando opportunamente la sostituzione del file sul portale. Le dispense sono fornite in lingua inglese. Riferimenti Systems Engineering: • NASA Systems Engineering Handbook, NASA SP/2007-6105 Rev 1 • Project planning and implementation, ECSS-M-ST-10C_Rev.1 Riferimenti Sistemi Spaziali: • J.R. Wertz, D.F. Everett, J.J. Pushell “Space mission engineering: the new SMAD”, Space Technology Library, 2011 (W.J. Larson, J.R. Wertz “Space mission analysis and design”, third edition, Space Technology Library) • P. Fortescue, J. Stark “Spacecraft Systems Engineering”, published by John Wiley and Sons • W.J. Larson, L.K. Pranke “Human Spaceflight: mission analysis and design”, Space Technology Series, McGraw Hill Riferimenti Sistemi Aeronautici: • Helfrick “Principles of Avionics”, fifth edition, Avionics Communications Inc., 2009 • M. Tooley, D. Wyatt “Aircraft Communications and Navigation Systems”, Elsevier, 2007
As the course is a unique synthesis of many aspects of aerospace systems, specific training aids have been developed and do not correspond to any single text book available on the market. These text books are however cited in the references of the training aids, that are provided during the course, for more in depth analyses. Most part of the reference material is provided in English. Lectures: the student are provided with the slides showed during the lectures through the website of the course. Class-works: the students are provided with the texts of the proposed assignments and their solutions through the website of the course. The draft version of the viewgraphs prepared by the teaching staff are uploaded on the website before the related lectures. The professors might update and reload the final revision after the lectures, should it be necessary. The material is provided in English. Reference for Systems Engineering: • NASA Systems Engineering Handbook, NASA SP/2007-6105 Rev 1 • Project planning and implementation, ECSS-M-ST-10C_Rev.1 Reference for Space Systems: • J.R. Wertz, D.F. Everett, J.J. Pushell “Space mission engineering: the new SMAD”, Space Technology Library, 2011 (W.J. Larson, J.R. Wertz “Space mission analysis and design”, third edition, Space Technology Library) • P. Fortescue, J. Stark “Spacecraft Systems Engineering”, published by John Wiley and Sons • W.J. Larson, L.K. Pranke “Human Spaceflight: mission analysis and design”, Space Technology Series, McGraw Hill Reference for Aeronautical Systems: • Helfrick “Principles of Avionics”, fifth edition, Avionics Communications Inc., 2009 • M. Tooley, D. Wyatt “Aircraft Communications and Navigation Systems”, Elsevier, 2007
Modalità di esame: Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
Il livello di preparazione del candidato sarà valutato sulla base del raggiungimento degli obiettivi coerentemente con i risultati di apprendimento attesi, in termini di conoscenza acquisita sul contesto applicativo e sui sistemi oggetto del corso, e di capacità critica e autonoma di elaborazione e applicazione delle conoscenze. Allo studente saranno posti, in forma scritta, 32 quesiti quantitativi e qualitativi inerenti specifici argomenti nell’ambito dell’intero programma svolto. Le domande sono poste nella forma di un quiz a risposta multipla, in cui l’allievo deve indicare la risposta corretta tra le tre possibili risposte proposte. Il punteggio è calcolato come segue: • Risposta esatta = 1 punto • Risposta errata = -0.25 punti • Nessuna risposta = 0 punti Lo svolgimento corretto e completo della prova permette il raggiungimento della lode (voto complessivo > 30.5). La prova è superata se si raggiunge un voto ≥ 17.5/32. La prova ha una durata di 1 ora e 45 minuti. Se si consegna l’elaborato per la correzione, il voto non si può rifiutare. Durante la prova scritta non si potranno consultare testi, dispense e formulari. Inoltre, non è ammesso l'utilizzo di dispositivi multimediali con accesso al web (ad esempio, smartphone, smartwatch e tablet). L’esito della prova viene comunicato agli studenti tramite un avviso sul portale della didattica, tipicamente entro una settimana dallo svolgimento della prova scritta. È possibile visionare il proprio compito, qualunque sia stato l’esito della prova, esclusivamente nella data e luogo comunicati contestualmente alla pubblicazione dei risultati. Per motivi organizzativi, si raccomanda di iscriversi all’esame nei tempi indicati sul portale ufficiale dell’ateneo, e di ritirare la propria iscrizione nel caso in cui non si intenda partecipare all’appello d’esame per cui si è prenotati.
Exam: Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The examination aims at assessing the expected learning achievements, in terms of knowledge about the Aerospace Systems and ability in dealing with relevant applications of these systems. The student is asked to answer 32 short questions on specific topics covering the whole programme. The questions are arranged in a quiz fashion (multiple-choice questions) with only one correct answer out of three options. The mark is calculated according to the following scheme: • Correct answer = 1 point • Wrong answer = -0.25 point • No answer = 0 point The correct and complete execution of the test allows to reach the highest grade (30 cum laude if the total score is higher than 30,5). The test is passed if the final mark is higher or equal to 17,5/32). The examination lasts 1 h and 45 minutes. It is not possible to refuse the outcome of the examination. During the test, it is not possible to use books, lecture notes, and any other reference material. It is not possible to use smartphones, tablets, and wear smartphones during the test. The outcome of the examination is published on the website of the course, typically within one week from the day the test is held. It is possible to see and discuss the test in the date and place indicated together with the outcomes. It is recommended to register to the examination through the website of Politecnico di Torino, and to withdraw the registration in case the plans have changed.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);
Il livello di preparazione del candidato sarà valutato sulla base del raggiungimento degli obiettivi coerentemente con i risultati di apprendimento attesi, in termini di conoscenza acquisita sul contesto applicativo e sui sistemi oggetto del corso, e di capacità critica e autonoma di elaborazione e applicazione delle conoscenze. Allo studente saranno posti, in forma scritta, 32 quesiti quantitativi e qualitativi inerenti specifici argomenti nell’ambito dell’intero programma svolto. Le domande sono poste nella forma di un quiz a risposta multipla, in cui l’allievo deve indicare la risposta corretta tra le tre possibili risposte proposte. Il punteggio è calcolato come segue: • Risposta esatta = 1 punto • Risposta errata = -0.25 punti • Nessuna risposta = 0 punti Lo svolgimento corretto e completo della prova permette il raggiungimento della lode (voto complessivo > 30.5). La prova è superata se si raggiunge un voto ≥ 17.5/32. La prova ha una durata di 1 ora e 45 minuti. Se si consegna l’elaborato per la correzione, il voto non si può rifiutare. Durante la prova scritta non si potranno consultare testi, dispense e formulari. Inoltre, non è ammesso l'utilizzo di dispositivi multimediali con accesso al web (ad esempio, smartphone, smartwatch e tablet). L’esito della prova viene comunicato agli studenti tramite un avviso sul portale della didattica, tipicamente entro una settimana dallo svolgimento della prova scritta. È possibile visionare il proprio compito, qualunque sia stato l’esito della prova, esclusivamente nella data e luogo comunicati contestualmente alla pubblicazione dei risultati. Per motivi organizzativi, si raccomanda di iscriversi all’esame nei tempi indicati sul portale ufficiale dell’ateneo, e di ritirare la propria iscrizione nel caso in cui non si intenda partecipare all’appello d’esame per cui si è prenotati.
Exam: Written test; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);
The examination aims at assessing the expected learning achievements, in terms of knowledge about the Aerospace Systems and ability in dealing with relevant applications of these systems. The student is asked to answer 32 short questions on specific topics covering the whole programme. The questions are arranged in a quiz fashion (multiple-choice questions) with only one correct answer out of three options. The mark is calculated according to the following scheme: • Correct answer = 1 point • Wrong answer = -0.25 point • No answer = 0 point The correct and complete execution of the test allows to reach the highest grade (30 cum laude if the total score is higher than 30,5). The test is passed if the final mark is higher or equal to 17,5/32). The examination lasts 1 h and 45 minutes. It is not possible to refuse the outcome of the examination. During the test, it is not possible to use books, lecture notes, and any other reference material. It is not possible to have smartphones, tablets, and wear smartphones during the test. The outcome of the examination is published on the website of the course, typically within one week from the day the test is held. It is possible to see and discuss the test in the date and place indicated together with the outcomes. It is recommended to register to the examination through the website of Politecnico di Torino, and to withdraw the registration in case the plans have changed.


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