Dimensionamento e sviluppo dei sistemi di variazione e controllo di assetto per satellite modulare AraMiS

1.1. LA FASE DI LANCIO [14]
La prima fase della missione di un satellite è costituita dal lancio e dalla successiva immissione in orbita. Vengono pertanto impiegati dei razzi vettore che hanno il compito di fornire la spinta necessaria per abbandonare la superficie terrestre per raggiungere la quota, la velocità e la direzione richiesta per l’immissione in orbita. Il satellite a questo punto viene espulso e, seguendo una traiettoria balistica opportunamente calcolata, si posiziona approssimativamente lungo la traiettoria prevista.
A questo punto occorre impiegare sistemi di traslazione che permettano di correggere gli errori balistici e portare con maggiore precisione il satellite lungo l’orbita prestabilita. Per far sì che ciò avvenga è necessario che il satellite sappia con precisione sia dove si trova che dove dovrebbe trovarsi. Si rende quindi necessaria la comunicazione con le stazioni di terra che forniscono un tracking del satellite, verificando posizione e velocità tramite tecniche radio e radar. In alternativa il satellite deve essere equipaggiato con i parametri di missione in modo da permettere che questi raggiunga l’orbita prestabilita in modo autonomo.
In queste situazioni, e in tutte quelle dove si preferisce che il satellite abbia un controllo dei parametri indipendenti dalle trasmissioni provenienti da terra, il satellite è dotato di alcuni sensori che permettono di determinarne la posizione spaziale e le componenti di velocità e accelerazione lungo i propri assi.
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1.2. PRINCIPALI MANOVRE PER IL CONTROLLO DI ASSETTO [5]
Un satellite in orbita può generalmente compiere due tipi di operazioni per variare le sue condizioni operative.
La prima è una manovra detta di shifting, in altre parole una traslazione che consente al corpo di spostarsi variare la sua orbita, sia in termini di ampiezza (altezza dal suolo) sia in termini di inclinazione, ma anche di conferire al satellite una maggiore o minore velocità. Tale operazione si svolge usualmente con l’impiego di thrusters multipli a getto di gas o di ioni. Tale tipo di attuatore si basa sulla conservazione della quantità di moto. Infatti, un’espulsione di massa (gas) con una certa velocità genera una variazione di velocità sul satellite, in funzione della massa, in direzione uguale e contraria.
La seconda manovra che un satellite può compiere prende il nome di slewing. Si tratta di una rotazione dello stesso attorno al suo centro di massa. Le rotazioni sono necessarie per permettere al satellite di puntare una delle sue facce in una direzione desiderata. I motivi sono i più disparati, ad esempio dal puntamento dell’antenna per telecomunicazioni all’esposizione di un determinato pannello solare verso il sole o proteggere la strumentazione sensibile dai raggi cosmici. Solitamente tali manovre non sono rapide e i sistemi impiegati per tali rotazioni sono ruote d’inerzia (momentum wheels, MW), ruote di reazione (reaction wheels, RW) attuatori di momento magnetici (Magnetic Torquers, MT). Per
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manovre in cui è richiesta una rotazione più rapida, vengono solitamente impiegati i thruster, che forniscono però una precisione minore sull’angolo di rotazione. La scelta del sistema da impiegare varia dunque in funzione delle velocità di rotazione necessarie a ottenere l’assetto desiderato.
I sistemi impiegati per lo slewing sono utilizzati anche per smorzare attivamente eventuali momenti rotatori di disturbo al fine di mantenere l’assetto corretto.
La correzione di assetto può essere eseguita sia in modo passivo sia in modo attivo:
Nel primo caso si parla infatti di compensazione di assetto e sono impiegati sistemi quali: gradiente di gravità, stabilizzazione di spin e magnete permanente.
Nel secondo caso invece si ha una variazione comandata dell’assetto e vengono impiegati gli stessi sistemi sopraindicati per la manovra di slewing (RW, MW, MT, Thrusters).