L’obiettivo dell'insegnamento è quello di presentare la complessità, le criticità e le potenzialità delle missioni spaziali e di fornire gli strumenti per la loro progettazione. Il modulo Propulsione spaziale si propone di fornire agli studenti le nozioni di base riguardanti le principali manovre spaziali e descrivere i sistemi propulsivi per la loro realizzazione, con particolare riferimento alla propulsione elettrica. Vengono presentati i principali metodi per la generazione di spinta nello spazio mediante l’accelerazione elettrotermica, elettrostatica o elettromagnetica di un propellente e descritti i più importanti propulsori elettrici attualmente realizzati o in via di sviluppo. Indicativamente ciascun modulo è articolato in quarantacinque ore di lezione e quindici di esercitazione.

Gli studenti dovranno essere in grado di: conoscere le principali manovre spaziali e valutarne i requisiti propulsivi; conoscere in modo approfondito i principali propulsori elettrici, le loro prestazioni e i campi di applicazione; applicare le conoscenze acquisite per valutare soluzioni propulsive e relative prestazioni in relazione ai requisiti di missione.

L’allievo che accede a questo insegnamento deve conoscere le nozioni base della fisica, dalla meccanica alla termodinamica all’elettromagnetismo. Sono inoltre richieste conoscenze di base dei sistemi spaziali, dell’astrodinamica, della propulsione e dei concetti fondamentali dell’elettronica analogica e digitale.

Principi della propulsione nello spazio Spinta e impulso specifico. Equazione di Tsiolkowski. Perdite di velocità. Confronto propulsione chimica ed elettrica. Impulso specifico ottimale. Prestazioni del razzo monostadio e multistadio. Manovre di evasione e cattura, trasferte interplanetarie, flyby. Richiami di elettromagnetismo, ionizzazione e definizione di plasma. Collisioni tra particelle: classificazione e sezioni d’urto. Conducibilita’ scalare e parametro di Hall; moto di particelle in campi elettromagnetici variabili. Propulsione elettrotermica: perdite, propellenti. Resistogetti: particolarita’ costruttive e prestazioni. Arcogetti: particolarita’ costruttive e prestazioni. Propulsione elettrostatica: rendimento ideale e ionizzazione. Accelerazione elettrostatica: legge di Child ed effetti bidimensionali, accelerazione/decelerazione. Neutralizzazione. Caratteristiche e prestazioni di propulsori elettrostatici. FEEP e colloidal thrusters. Propulsori a effetto Hall: geometria, funzionamento e prestazioni Propulsione elettromagnetica: equazioni magnetogasdinamica; propulsori MPD self field: pumping e blowing. Prestazioni di propulsori MPD self-field e applied field.Vasimr. Propulsione elettromagnetica instazionaria; particolarita’ costruttive e prestazioni di PPT Generatori di potenza. Propulsione nucleare, propulsori avanzati, vele solari.

Accanto alle lezioni teoriche, durante l'insegnamento si terranno esercitazioni sulla determinazione dell'impulso specifico ottimale per una data missione e sull'analisi delle prestazioni di propulsori elettrici.

R. G. Jahn, Physics of Electric Propulsion, Prima Edizione, McGraw-Hill, New York, NY, 1968. L. Casalino Dispense disponibili sul portale della didattica.

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

Exam: Compulsory oral exam;

... L’esame è orale (30-40 minuti). Consiste in due o tre domande, sviluppate attraverso la discussione teorica e/o lo svolgimento di brevi calcoli, volte ad accertare la conoscenza delle caratteristiche costruttive, dei principi di funzionamento e delle prestazioni dei propulsori spaziali, e delle caratteristiche delle principali manovre spaziali. Voto massimo 30 e lode

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.