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.

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.

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.

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).

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.

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

Dispense;

Modalità di esame: Prova scritta in aula tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;

Exam: Computer-based written test in class using POLITO platform;

... 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. È possibile ritirarsi durante i primi 45 minuti della prova. Durante la prova scritta non si potranno consultare testi, dispense e formulari. Inoltre, non è ammesso portare in aula dispositivi multimediali con accesso al web (ad esempio, smartphone, smartwatch e tablet). È ammesso l’utilizzo della calcolatrice. 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.

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.