L’obiettivo del corso è quello di sfruttare le competenze maturate dagli allievi nei corsi di base del primo anno della Laurea Magistrale per sviluppare lo studio della dinamica e del controllo di assetto e traiettoria di satelliti e veicoli spaziali autonomi e semi-autonomi. Si affronteranno i problemi relativi alla modellazione e al controllo, introducendo inoltre gli strumenti matematici necessari per affrontare e risolvere i problemi oggetto di analisi. Rientra tra gli scopi del corso lo studio delle manovre orbitali, del volo di prossimità e delle manovre di rendezvous e docking.

-Capacità di utilizzare strumenti matematici al fine di modellare e controllare sistemi spaziali anche complessi, comprendendo problemi di determinazione e controllo del volo. - Comprendere le problematiche del volo orbitale e della dinamica di un satellite, riferite a manovre di rendezvous e docking. - Acquisire la capacità di simulare manovre di rendezvous e docking utilizzando strumenti di progettazione normalmente utilizzati in ambiente industriale (Matlab, Simulink).

Lo studente deve avere le conoscenze fornite dai corsi di Meccanica del volo e Meccanica del volo spaziale. Inoltre, deve avere delle conoscenze base di informatica, geometria e programmazione.

Richiami storici, esempi e tipologie di veicoli e missioni di riferimento (definizione del contesto tecnico). Introduzione alle manovre di avvicinamento e aggancio in orbita (manovre orbitali, volo di prossimità, rendezvous and docking): sistemi di riferimento e parametri orbitali Richiami di dinamica del corpo rigido: rappresentazione dell’assetto (angoli di Eulero e quaternioni). Equazione di Eulero e sua versione generalizzata. Equazioni di Hill per orbita circolare in sistemi di riferimento inerziali e locali. Dinamica libera di corpi in rotazione (spin) in assenza di coppie esterne. L’ambiente spaziale e i suoi effetti sulla dinamica di posizione e di assetto. Forze e coppie di disturbo. Il problema della stabilità dei moti di assetto e del loro controllo (stabilizzazione attiva e passiva, satelliti dual-spin, effetti della dissipazione, stabilizzazione in orbita). Richiamo di concetti di controllo di base (definizione di open and closed loop, analisi della risposta nel tempo). Rassegna degli algoritmi di controllo e loro implementazione (hardware e software), partendo da leggi di controllo classiche (robuste) fino a leggi di controllo a struttura variabile (sliding mode control). Le manovre di avvicinamento e aggancio in orbita (manovre orbitali, volo di prossimità, rendezvous and docking). Analisi delle tipologie di manovre e algoritmi di guida. Le tipologie di attuatori. Analisi dei componenti di un simulatore orbitale. Introduzione al problema della determinazione di posizione e assetto: sensori e algoritmi. I sistemi sperimentali e i simulatori industriali software e hardware-in-the-loop. Limiti di validità del corpo rigido come modello per i veicoli spaziali: satellite "flessibile" e bracci robotici.

La materia, visto il suo aspetto pratico ed applicativo, si presta allo svolgimento di esercizi per gli argomenti trattati, in modo particolare per lo sviluppo di un simulatore orbitale. Le esercitazioni occuperanno quindi una parte del corso. Inoltre, una breve introduzione ai controlli automatici in generale verrà fornita nella prima parte del corso, in modo da fornire una conoscenza di base sull’argomento a tutti gli studenti.

Dispense del Prof. Avanzini "Spacecraft Attitude Dynamics and Control". De Ruiter et.al., "Spacecraft Dynamics and Control: An Introduction", Wiley, 2013. Fehse, "Automated Rendezvous and Docking of Spacecraft", Cambridge Aerospace Series, 2003. Markeley et.al., "Fundamentals of Spacecraft Attitude Determination and Control", Springer, 2014.

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto individuale; Elaborato progettuale individuale;

Exam: Compulsory oral exam; Individual essay; Individual project;

... Il superamento dell’esame prevede quanto segue: • Preparazione di una relazione relativa alle esercitazioni svolte durante il corso (3 punti) e relativa al progetto di un simulatore orbitale per le manovre di rendezvous e docking (7 punti). Questo documento dovrà essere consegnato COMPLETO almeno due giorni prima dell’appello previsto per l’elaborato scritto. La valutazione del risultato prodotto sarà individuale (max 10/30). Il software potrà essere sviluppato in gruppi di 3-4 persone, ma il report dovrà essere individuale. • La valutazione della parte teorica del corso è suddivisa in due parti: (1) un elaborato scritto in cui verranno poste 6 domande: 2 di carattere descrittivo ampio (tipo componimento) e 4 di carattere teorico (max 16/30), (2) un orale in cui verranno discussi sia gli argomenti del corso sia le domande dello scritto. La discussione delle esercitazioni contribuisce alla valutazione finale (max 6/30). L’esame orale è obbligatorio anche se la somma dell’elaborato scritto e della relazione fosse superiore a 18/30. Per accedere all’orale, lo studente dovrà conseguire almeno 10/16 dell’elaborato scritto.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.