Prof. Luigi Puccinelli IMPIANTI E SISTEMI AEROSPAZIALI SS SISTEMI SPAZIALI

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1 Prof. Luigi Puccinelli IMPIANTI E SISTEMI AEROSPAZIALI SS SISTEMI SPAZIALI

2 PROBLEMI INGEGNERIA SPAZIALE 2 Dinamicai Meccanica del volo spaziale Sistemi di propulsione Rientro atmosferico Strutture Controllo di assetto Sistemi di generazione di potenza elettrica Controllo termico Telecomunicazioni Telemetria Controllo da terra Compatibilità elettromagnetica Affidabilità

3 DINAMICA 3 Studio del moto del veicolo considerato come corpo rigido Traslazione e rotazione possono essere considerate separatamente Il moto del baricentro è rilevante ai fini della determinazione della traiettoria o orbita Le rotazioni i attorno al baricentro sono rilevanti per quando riguarda l assetto Si hanno veicoli stabilizzati su i tre assi, veicoli dotati di spin o condizioni ibride

4 MECCANICA DEL VOLO SPAZIALE 4 Studio delle orbite e dei trasferimenti i orbitali sotto l effetto del campo gravitazionale e della propulsione Elemento fondamentale per lostudio di una missione i

5 SISTEMI DI PROPUSIONE 5

6 SISTEMI DI PROPUSIONE 6 Razzo a combustibile liquido

7 SISTEMI DI PROPUSIONE 7 Serbatoi In condizioni di microgravità esistono problemi sul comportamento dei liquidi in relazione ai fenomeni legati alla capillarità In mancanza di forze di inerzia o gravitazionali la capillarità diventa importante con scale dimensionali di un ordine di grandezza maggiore rispetto alle condizioni i i di 1 g

8 SISTEMI DI PROPUSIONE 8 Razzi a combustibil e solido

9 SISTEMI DI PROPUSIONE 9 Variazione spinta con variazione configurazione grani

10 SISTEMI DI PROPUSIONE 10 È necessario un sistema di propulsione secondaria per: Raggiungimento orbita finale da quella stabilita dal sistema di lancio Raggiungimento g di stazioni Correzione orbita Controllo di assetto Sistemi A gas freddo Monopropellente (idrazina) Bi- propellenti Combustibile solido

11 SISTEMI DI PROPUSIONE 11 Propulsione elettrica Elettrotermica Un fluido viene scaldato ed espulso da un ugello Elettrostatica Particelle elettricamente t cariche vengono accelerate da un campo elettrico Elettrodinamica Un campo elettromagnetico accelera un plasma

12 RIENTRO ATMOSFERICO 12 Problemi di traiettoria corretta Rapporti resistenza-portanza Riscaldamento cinetico per il volo ipersonico Necessità di protezioni termiche Assorbimento di calore con materiale ablativo Raffreddamento per radiazione

13 STRUTTURE 13 Minimo peso con massima affidabilità Necessità di resistenza ai carichi di lancio Analisi delle vibrazioni Flessibilità delle grandi strutture

14 TELECOMUNICAZIONI CONTROLLO DA TERRA 14 Le operazioni svolte da un sistema spaziale richiedono un sistema di supporto a terra sono quindi importanti le comunicazioni da terra a bordo e viceversa. Per le telecomunicazioni si impiegano alte frequenze sia per superare l ostacolo prodotto dalla ionosfera sia per aumentare la quantità di informazioni trasmesse nell unità di tempo.

15 TELEMETRIA 15 Comunicazione a terra dei dati rilevati Per satelliti non geostazionari Rete di stazioni a terra Memorizzazione e trasmissione quando in vista della stazione a terra Occorre uno studio della codifica, dei formati di trasmissione, dei metodi di controllo degli errori e della possibilità di correzione

16 COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA 16 È necessaria una protezione contro la possibilità di interferenze elettromagnetiche AFFIDABILITÀ Deve essere massima trattandosi nella maggioranza dei casi di sistemi inon riparabili

17 MISSIONI 17 Scienza e esplorazioni Studio pianeti Astronomia Fisica i Interazione sole-terra Risorse terrestrit Servizi pubblici Meteorologia Controllo ambiente terrestre GPS

18 MISSIONI 18 Tecnologiche Studio nuove tecnologie spaziali Propulsione elettrica Commerciali Telecomunicazioni i i

19 VETTORI 19

20 ARIANE 5 20 Altezza Diametro Massa al decollo 59 m 5.4 m 777 t Booster 6470 kn per 129 s comb. Solido -G- -ECA- 1 stadio spinta kn H 2 e O s 2 stadio spinta kn H 2 e O s Carico utile LEO t GTO t

21 SHUTTLE 21

22 SHUTTLE 22 Lo Space Shuttle è composto da : L Orbiter LOrbiter Vehicle (in sigla OV): un orbiter con spazio per l'equipaggio equipaggio, vano di trasporto per il carico, tre motori principali che utilizzano il combustibile presente nei serbatoi esterni, e un sistema di manovra orbitale con due motori più piccoli due Booster a combustibile solido (in sigla SRB): razzi riutilizzabili a propellente p solido, che si staccano due minuti dopo il lancio ad una altezza di 66 km e vengono recuperati nell'oceano grazie al fatto che la velocità di caduta viene notevolmente ridotta da alcuni paracadute; il Serbatoio Esterno (in sigla ET): un grande serbatoio esterno di combustibile contenente ossigeno liquido (in cima) e idrogeno anch'esso liquido id (nella parte bassa) che servono ad alimentare i tre motori principali dell'ov. Si stacca dopo circa 8 minuti e mezzo ad una altitudine di 109 km, esplode in atmosfera e ricade in mare senza che venga poi recuperato.

23 SHUTTLE Dati tecnici Altezza dello Space Shuttle: 56,14 m Altezza dell'orbiter: 37,23 m Apertura alare: 23,79 m Massa alla partenza: kg ET: kg SRB: 2 x = kg Spinta alla partenza: 34,8 MN SSME: 3 x 1,8 = 5.4 MN SSRB: 2 x 14,7 = 29,4 MN Massa al rientro (solo orbiter): kg Carico massimo trasportabile: kg Orbita: da 185 a 643 km Velocità: km/h Posti astronauti: 10 (di solito l'equipaggio va da 5 a 7 persone tra piloti, specialisti di missione e scienziati) 23