Space and astronautical engineering - Ingegneria spaziale e astronautica

GENERALI

Sono introdotti i payload satellitari di telecomunicazioni, radar e navigazione con i loro principi di funzionamento. Per ciascuno dei tre payload: (i) si approfondiscono le applicazioni con i relativi requisiti prestazionali; (ii) si analizza il sistema spaziale completo e la missione spaziale tipica al cui interno sono inseriti; (iii) si identificano i parametri di progetto principali da cui dipendono le prestazioni; (iv) si studia il legame fra i parametri principali e le prestazioni; (v) si analizzano i requisiti sulla piattaforma che li ospita, per garantirne il corretto funzionamento.

Nell’ambito dei payload di telecomunicazioni, si studiano il broadcast satellitare, le connessioni dati punto-punto, i sistemi di personal communication satellitari, il trasferimento a terra dei dati di osservazione della Terra e la telemetria. Si approfondiscono le tecniche di modulazione e di codifica, i sistemi di antenna ed il loro impatto su piattaforma ed assetto, il dimensionamento della potenza.

Nell’ambito dei payload radar, si studiano i radar ad apertura sintetica (SAR) per la formazione di immagini ad alta risoluzione. Si approfondiscono le tecniche di compressione di impulso e di formazione dell’antenna sintetica, i sistemi di antenna ed il loro impatto su piattaforma ed assetto, il dimensionamento della potenza.

Nell’ambito dei payload di navigazione, si studiano i sistemi di navigazione satellitare globale (GNSS) per la navigazione satellitare ed i sistemi terrestri e satellitari per incrementarne le prestazioni. Si approfondiscono le forme d’onda utilizzate, le tecniche di acquisizione dei segnali e di stima di posizione, le principali sorgenti di errore e le prestazioni, i sistemi di antenna ed il dimensionamento della potenza.

SPECIFICI

Conoscenza e capacità di comprensione: al termine, lo studente ha acquisito una conoscenza di base sulle tre tipologie di payload considerati e sui loro parametri principali, sui sistemi e le missioni che sono centrati su di essi.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: al termine, lo studente ha acquisito la capacità di valutare criticamente sia la scelta del payload, tramite il dimensionamento dei suoi parametri principali in funzione dei requisiti operativi (dai requisiti utente), sia la sua integrazione con la piattaforma.

Inoltre, lo studente acquisisce:

Autonomia di giudizio: al termine, lo studente ha maturato l’autonomia di giudizio necessaria per integrare le conoscenze sulle diverse tipologie di payload, gestirne la complessità delle tecnologie impiegate nelle diverse missioni spaziali, e valutarne le prestazioni nei diversi contesti applicativi.

Abilità comunicative: al termine del corso lo studente ha acquisito la capacità di operare in un contesto fortemente multi-disciplinare interagendo con ingegneri progettisti delle strutture e delle tecnologie dell’informazione per lo spazio, con tecnici specialisti e interlocutori non specialisti.

Capacità di apprendimento: al termine del corso lo studente ha sviluppato la capacità di approfondire autonomamente lo studio delle nuove tecnologie impiegate nelle future evoluzioni dei sistemi satellitari.

OBIETTIVI GENERALI

Il corso mira a fornire allo studente una conoscenza dei payload satellitari di telecomunicazioni, di navigazione e di osservazione della Terra con sistemi RADAR, con i loro principi di funzionamento.

Per ciascuna delle due tipologie di payload sarà chiesto allo studente di acquisire conoscenze su: (i) le applicazioni con i relativi requisiti prestazionali; (ii) il sistema spaziale completo e la missione spaziale tipica al cui interno sono inseriti; (iii) i parametri di progetto principali da cui dipendono le prestazioni; (iv) il legame fra i parametri principali e le prestazioni. Inoltre, si mira a far sviluppare allo studente una capacità di: (i) progettare in modo preliminare i payload, passando dai parametri di prestazione ai valori dei principali parametri di progetto necessari per garantirle, e (ii) derivare i requisiti sulla piattaforma che li ospita, per garantirne il corretto funzionamento.

Nell’ambito dei payload di telecomunicazioni, si studiano il broadcast satellitare, le connessioni dati punto-punto, i sistemi di personal communication satellitari, il networking satellitare, il trasferimento a terra dei dati di osservazione della Terra e la telemetria. Si approfondiscono le tecniche di modulazione e di codifica, i sistemi di antenna ed il loro impatto su piattaforma ed assetto, il dimensionamento della potenza.

Nell’ambito dei payload radar, si studiano i radar ad apertura sintetica (SAR) per la formazione di immagini ad alta risoluzione. Si approfondiscono le tecniche di compressione di impulso e di formazione dell’antenna sintetica, i sistemi di antenna ed il loro impatto su piattaforma ed assetto, il dimensionamento della potenza.

Nell’ambito dei payload di navigazione, si studiano si studiano i sistemi di navigazione satellitare globale (GNSS) per la navigazione satellitare ed i sistemi terrestri e satellitari per incrementarne le prestazioni. Si approfondiscono le forme d’onda utilizzate, le tecniche di acquisizione dei segnali e di stima di posizione, le principali sorgenti di errore e le prestazioni, i sistemi di antenna ed il dimensionamento della potenza.

OBIETTIVI SPECIFICI

• CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: A valle dell’erogazione e studio del corso lo studente ha una conoscenza di base sulle due tipologie di payload considerate e sui loro parametri principali, sui sistemi e le missioni che sono centrati su di essi.
• CONOSCENZA E CAPACITÀ APPLICATE: A valle dell’erogazione e studio del corso lo studente ha acquisito la capacità di valutare criticamente sia la scelta del payload, tramite il dimensionamento dei suoi parametri principali in funzione dei requisiti operativi (dai requisiti utente), sia la sua integrazione con la piattaforma. Nello specifico, è in grado di utilizzare gli strumenti di analisi delle prestazioni delle singole componenti per comprendere le prestazioni di sistemi complessi e per la caratterizzazione delle relative prestazioni.
• AUTONOMIA DI GIUDIZIO: A valle dell’erogazione e studio del corso, lo studente ha maturato l’autonomia di giudizio necessaria per integrare le conoscenze sulle diverse tipologie di payload, gestirne la complessità delle tecnologie impiegate nelle diverse missioni spaziali, e valutarne le prestazioni nei diversi contesti applicativi.
• ABILITÀ COMUNICATIVE: Lo studente ha acquisito una capacità di operare in un contesto fortemente multi-disciplinare interagendo con ingegneri progettisti delle strutture e delle tecnologie dell’informazione per lo spazio, con tecnici specialisti e interlocutori non specialisti. Ciò avviene attraverso la conoscenza del funzionamento delle singole componenti di un sistema radar e di comunicazione e l'acquisizione di un linguaggio tecnico adeguato.
• CAPACITÀ DI APPRENDERE: Lo studente, a valle dell’erogazione e studio del corso, ha acquisito capacità autonoma di approfondire autonomamente lo studio delle nuove tecnologie impiegate nelle future evoluzioni dei sistemi satellitari, sapendole collocare nella giusta posizione all'interno dello schema a blocchi dei payload e comprendendo l'impatto dell'incremento di prestazioni delle singole porzioni di un payload complesso.

Modulo: COMMUNICATION AND RADAR PAYLOADS
Comunicazioni Satellitari (3 CFU):

• Aree di copertura delle comunicazioni satellitari per Broadcast Audio/TV, Networking, Personal communication: singoli satelliti e costellazioni in orbite GEO, MEO, LEO con i corrispondenti fasci di antenna sia larghi che ad alto guadagno. Elementi di antenne per applicazioni spaziali; sistemi di antenna per il satellite e per il segmento di terra. Requisiti di precisione del puntamento dell'antenna. Modelli semplificati per la propagazione del segnale per la comunicazione satellitare.
• Diagramma a blocchi del ricetrasmettitore di comunicazione digitale satellitare, compresa la codifica dei canali, la mappatura sulla costellazione, l'up-conversion; amplificazione e propagazione; down-conversion, decisione, e decodifica. Link budget, efficienza spettrale e Bit Error Rate. Progettazione preliminare del collegamento di comunicazione.
• Codifica di canale: distanza di Hamming, rilevamento e correzione degli errori, codici di Hamming, codici a blocchi, codici lineari, codici ciclici (CRC, BCH e R-S), codici perfetti, LPDC, codici convoluzionali e decodifica di Viterbi, codici concatenati, turbo-codici; errori a burst e interleaving. Elementi di teoria della probabilità: variabili aleatorie discrete; distribuzione di Bernoulli; valutazione del BER con Forward Error Correction.
• Richiami di teoria della probabilità. il teorema del limite centrale. Rumore termico, figura di rumore e temperatura; valutazione del Bit Error Rate per le diverse costellazioni.
• Tecniche di accesso multiplo: Multiplexing a Divisione di Frequenza, Multiplexing a Divisione di Tempo, Multiplexing a Divisione di Codice; Uso della diversità di polarizzazione.
• Codifica e trasmissione di dati di telemetria digitale da satellite/lanciatore.
• Elementi di networking satellitare

Sensori Radar Satellitari (3CFU)

• Il principio di base del radar: risoluzione della portata inclinata e risoluzione della portata al suolo per l'imaging radar e l'altimetria radar. Tempo di ripetizione dell'impulso; Ambiguità della portata del radar e sua valutazione per il radar spaziale.
• Schema a blocchi del ricetrasmettitore radar (antenne, filtri, amplificatori, distribuzione del segnale a radiofrequenza (RF), dispositivi up- e down-converter, convertitori A/D e D/A, generazione e filtraggio di forme d'onda per radar, localizzazione e comunicazione , elementi di codifica); Principio di base Elementi di progettazione del sensore e requisiti per i suoi diversi elementi costitutivi
• Tecniche di filtro abbinato e di compressione dell'impulso. La forma d'onda del cinguettio; la sua generazione e la sua compressione; controllo del lobo laterale: utilizzare per l'imaging radar e l'altimetria.
• Selezione della frequenza di ripetizione dell'impulso per l'applicazione SAR satellitare, rimozione dell'eco della linea di altitudine; Valutazione dell'ambiguità azimutale.
• Il principio dell'apertura sintetica, massima risoluzione stripmap; Modalità di acquisizione SAR: StripMap, Spotlight, ScanSAR, TOPS. Requisiti dell'antenna per le diverse modalità (dimensioni, capacità di governo elettronico/meccanico e precisione); soluzioni pratiche di antenne: antenne phased array attive vs antenne a riflettore; antenne pieghevoli, ecc... Fabbisogno di budget energetico per SAR nelle diverse modalità di acquisizione. Impatto della vibrazione dell'antenna sulla qualità e sui requisiti dell'immagine SAR.
• Requisito di downlink della velocità dei dati per le diverse modalità di acquisizione
• qualità dell'immagine radiometrica e funzionamento multilook; Noise Equivalent Sigma Zero

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D

Modulo: COMMUNICATION AND RADAR PAYLOADS

• Introduzione alle tematiche del corso e contesto, modalità di erogazione lezioni, di svolgimento esercitazioni e di valutazione. - ( 1 ora)
• Testi di riferimento: Slide della lezione disponibile in rete sul sito web
• Link budget per satelliti in LEO, MEO, GEO con fasci omnidirezionali, globali o spot - (3 ore)
• Testi di riferimento: Slide: 02_Payload_link_budget _intro
• Filtraggio del segnale: filtro adattato, funzioni di trasferimento di Nyquist per evitare Interferenza InterSimbolica (ISI) e forme a coseno rialzato - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 03_Payload_matched_filter 07_Payload_ISI
• Antenne per TLC isotrope e direzionali: lineari, ad apertura e a phased array - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 05_Payload_2024_linkbudget_core_v2 06_Payload_2024_Global_Scheme
• Transmissioni digitali di banda Base e Banda Traslata con le Modulazioni: M-PAM, MQAM, PSK and APSK: mapping/demapping, pulse shaping, up/down-conversion with I&Q mod/demodulator. - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 05_Payload_2024_linkbudget_core_v2 06_Payload_2024_Global_Scheme
• Rumore termico, rumore del cielo, ricevitore e impatto delle condizioni meteorologiche - (2 ore)
• Testi di riferimento: Slide:02_Payload_link_budget
• Bit Error Rate (BER) of M-PAM, MQAM, PSK and APSK - (2 ore)
• Testi di riferimento: Slide:08_Payload_BER
• Codifica di sorgente e di canale e BER con codifica di canale - (5 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 11_Payload_Coding 13_Payload_Shannon
• Collegamento GEO per Digital Video Broadcast e trasponder - (2 ore)
• Testi di riferimento: slide:09_Payloads_2024_Transponder
• Payload of Internet Satellites in GEO and LEO - (1 ora)
• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Internet
• Costellazioni LEO per internet/personal communication - (2 ore)
• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Interne
• Il collegamento di TT&C data link e le sue caratteristiche - (1 ora)
• Testi di riferimento: slide:14_TT&C
• Principio di funzionamento del radar impulsato, radar cross section, link budget, blind range. Risoluzione in range ed in gound-range. Necessità di impulsi lunghi comprimibili - (3 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 21_Payload_2024_Radar_fundamentals
• Compressione di impulso: codici di fase, Barker, Chirp, codici Frank, P3 e P4 - (6 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 22_Radar_pulse_compression
• Integrazione coerente di impulsi e risoluzione in frequenza Doppler - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 23_Satellite_RADAR24
• Radar Imaging: La risoluzione in azimuth del Radar ad apertura reale (RAR) ed il Radar ad Aperura Sintetica (SAR) - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 24_SAR_fundamentals.pdf 25_SAR_quality_parameters
• Costellazioni di SAR - (2 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 26_SAR_constellations
• Radar Altimetry & Sounding -(2 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 27_Radar_Altimetry_and_Sounding
• Il radar di tracking per lanciatori e debris - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 28_Payload_2024_Radar_tracking

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D

STRUMENTI DI ACCERTAMENTO:

La prova scritta, della durata di 3 ore (30% del voto finale) consiste di:

• 1 esercizio sul dimensionamento di un collegamento di TLC satellitare, inclusivo di caratteristiche del payload di bordo, della stazione di terra e delle tecniche di codifica/trattamento dei segnali/dati necessari
• 1 esercizio sul dimensionamento di massima di un radar di osservazione della Terra, inclusivo di caratteristiche del payload di bordo e delle tecniche di codifica/trattamento dei segnali/dati necessari.
• 1 esercizio sulle tecniche e/o prestazioni di posizionamento (navigazione satellitare) o su forme d’onda utilizzate o porzioni del sistema di posizionamento

La prova scritta si considera superata se almeno due dei tre esercizi sono svolti in modo molto buono.

E' possibile sostituire la prova (i) con lo svolgimento di prove di dimensionamento parziale svolte durante il corso delle lezioni sulla piattaforma Sapienza di e-learning.

La prova orale (70% del voto finale) consiste di tre domande su:

• caratteristiche del payload di Telecomunicazioni, delle tecniche di elaborazione e codifica necessarie e delle prestazioni delle singole parti
• funzionamento e caratteristiche del Radar di Osservazione della Terra e/o di Tracciamento; tecniche di elaborazione utilizzate; prestazioni del radar e delle sue singole parti.
• statistiche o prestazioni di rivelazione/posizionamento o prestazioni/dimensionamento del ricevitore di radiolocalizzazione

Usualmente si chiede di rispondere oralmente alle domande, ma è possibile che venga richiesta una risposta preliminare in forma scritta a cui fa seguito una revisione e discussione orale.

METODI DI ACCERTAMENTO:

Verifica della conoscenza sul funzionamento dei payload satellitari di comunicazione e dei Radar di Osservazione della Terra e sui requisiti per la piattaforma che li ospita; verifica delle conoscenze sulla valutazione delle prestazioni di sistemi radar e di comunicazione satellitari; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare lo schema di un radio-ricevitore e radio-ricevitore per applicazioni radar e di comunicazione; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare le tecniche di elaborazione e codifica necessari; verifica della conoscenza sul funzionamento dei sistemi di localizzazione radio, con particolare attenzione ai sistemi satellitari; verifica delle conoscenze sulla valutazione delle prestazioni di sistemi di radio-localizzazione; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare di un radio-ricevitore per applicazioni di navigazione.

CRITERI DI VALUTAZIONE:

Per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (27-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30 con lode)

Modulo: COMMUNICATION AND RADAR PAYLOADS

• Dispense delle lezioni disponibili in rete sul sito web https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=15493
• Satellite Communications, Timothy Pratt, Jeremy Allnutt, JohnWiley & Sons Ltd, Third Edition, 2020
• Principles of Modern Radar, Volume 1: Basic principles, Edited by Mark A. Richards, James A. Scheer, William A. Holm, IET Editor

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D

• Giovanni Picardi: Elaborazione del Segnale Radar – Franco Angeli Libri S.r.L.

L'obiettivo del corso e' quello di fornire gli elementi principali dell'analisi e progetto di sistemi di controllo lineari.

Analisi di sistemi.

e) Modelli matematici. Rappresentazioni con lo spazio di stato. Modelli lineari. Modelli nonlineari e linearizzazione intorno a stati di equilibrio o soluzioni.

f) Analisi nel dominio della variabile tempo. Risposta nello stato e in uscita. Modi naturali e decomposizione della risposta in modi naturali. Valutazione qualitativa della risposta: velocità di convergenza, tempo di salita, tempo di assestamento, massima sovraelongazione e sottoelongazione. Analisi nel dominio della frequenza. Proprietà fondamentali della trasformata di Laplace e più comuni trasformate di Laplace con teoremi. Funzione di trasferimento e modelli ingresso-uscita.

g) Stabilità. Principali nozioni e criteri per sistemi lineari e nonlineari: funzioni di Lyapunov. Criterio di stabilità di Routh per sistemi lineari. Comportamento a regime di sistemi. Regime transitorio e regime permanente della risposta dei sistemi. Risposta armonica ingresso-uscita. Rappresentazione grafica della risposta armonica: diagrammi di Bode.

h) Sistemi interconnessi: serie, parallel e retroazione. Cancellazioni zero-polo e modi nascosti. Proprietà generali delle interconnessione di sistemi.

Progetto di sistemi di controllo a retroazione.

a) Progetto nel dominio del tempo. Controllo e ricostruzione dello stato: controllabilità e osservabilità dei sistemi. Test di Hautus per la controllabilità e osservabilità. Problemi di manovrabilità da punto a punto. Problemi di ricostruzione dello stato iniziale di un sistema. Assegnazione degli autovalori e progetto di osservatori dello stato. Requisiti di progetto a regime permanente e problemi di inseguimento di ingressi di riferimento.

b) Progetto nel dominio della frequenza.Test di stabilità per sistemi a retroazione basati sulle proprietà del sistema ad anello aperto: diagrammi polari e criterio di Nyquist. Azioni di controllo proporzionali, derivative, integrali. Progetto basato sul luogo delle radici. Stabilizzazione e assegnazione dei poli della funzione di trasferimento ingresso uscita con metodi basati sul luogo delle radici. Requisiti di progetto sul regime permanente: inseguimento di ingressi di riferimento e compensazione e/o attenuazione dei disturbi. Requisiti di progetto sul regime transitorio: assegnazione del margine di fase e della pulsazione di attraversamento del processo ad anello aperto e loro relazione con banda passante e modulo alla risonanza del processo ad anello chiuso. Azioni di controllo anticipative e/o attenuative per modificare il margine di fase e la pulsazione di attraversamento ad anello aperto.

• Rappresentazioni con lo spazio di stato. Modelli lineari. Modelli nonlineari e linearizzazione intorno a stati di equilibrio o soluzioni.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Risposta nello stato e in uscita. Modi naturali e decomposizione della risposta in modi naturali. Valutazione qualitativa della risposta: velocità di convergenza, tempo di salita, tempo di assestamento, massima sovraelongazione e sottoelongazione.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Proprietà fondamentali della trasformata di Laplace e più comuni trasformate di Laplace con teoremi. Funzione di trasferimento e modelli ingresso-uscita.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Stabilità. Principali nozioni e criteri per sistemi lineari e nonlineari: funzioni di Lyapunov. Criterio di stabilità di Routh per sistemi lineari.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Comportamento a regime di sistemi. Regime transitorio e regime permanente della risposta dei sistemi. Risposta armonica ingresso-uscita. Rappresentazione grafica della risposta armonica: diagrammi di Bode.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Sistemi interconnessi: serie, parallel e retroazione. Cancellazioni zero-polo e modi nascosti. Proprietà generali delle interconnessione di sistemi.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Controllo e ricostruzione dello stato: controllabilità e osservabilità dei sistemi. Test di Hautus per la controllabilità e osservabilità. Problemi di manovrabilità da punto a punto. Problemi di ricostruzione dello stato iniziale di un sistema. Assegnazione degli autovalori e progetto di osservatori dello stato. Requisiti di progetto a regime permanente e problemi di inseguimento di ingressi di riferimento.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Test di stabilità per sistemi a retroazione basati sulle proprietà del sistema ad anello aperto: diagrammi polari e criterio di Nyquist. Azioni di controllo proporzionali, derivative, integrali. Progetto basato sul luogo delle radici.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Stabilizzazione e assegnazione dei poli della funzione di trasferimento ingresso uscita con metodi basati sul luogo delle radici.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Requisiti di progetto sul regime permanente: inseguimento di ingressi di riferimento e compensazione e/o attenuazione dei disturbi.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Requisiti di progetto sul regime transitorio: assegnazione del margine di fase e della pulsazione di attraversamento del processo ad anello aperto e loro relazione con banda passante e modulo alla risonanza del processo ad anello chiuso. Azioni di controllo anticipative e/o attenuative per modificare il margine di fase e la pulsazione di attraversamento ad anello aperto.
• Testi di riferimento: Note del corso

Lo studente sarà valutato sulla base di un esame scritto, consistente in un certo numero di problemi (normalmente 3) focalizzati sull’analisi e progetto dei sistemi di controllo a retroazione (2 sul progetto e 1 sull’analisi). Lo studente deve risolvere questi problemi che richiedono un approccio sia di tipo teorico che computazionale. Ad ogni problema viene dato un punteggio e lo studente viene valutato sul punteggio risultante.

I contenuti del corso sono estensivamente ed esaustivamente trattati nella note del corso ``Notes ON LINEAR CONTROL SYSTEMS’’ organizzate in 12 moduli, ognuno contenente un argomento specifico (o un gruppo di argomenti) tra quelli elencati nel programma del corso, con numerosi esempi, esercizi e discussioni, sia teoriche che grafiche. Altri testi di riferimento che possono essere consultati sono

S. Battilotti, Notes on linear control systems, Esculapio ed., 2016, II ed.

G. Marro, Controlli automatici, V ed., Zanichelli ed.

A. Isidori, Sistemi di controllo, Siderea ed, 1979.

S. Monaco, Sistemi lineari: elementi di analisi, Prog. Leonardo ed.Bologna, 2000.

R.C. Dorf, R.H. Bishop, Controlli automatici, Perason, Prentice Hall, 2010.

O.M. Grasselli, L. Menini, S. Galeani, Sistemi dinamici, Hoepli, IV ed. Milano, 2012

Più specificamente orientati ad esercizi sono

C. Gori Giorgi, S. Monaco, S. Battilotti, S. Di Gennaro, Teoria dei Sistemi: complementi ed esercizi

L. Lanari, G. Oriolo, Controlli automatici: esercizi di sintesi, EuRoma.

Il modulo mira a fornire una conoscenza generale sui sistemi di telerilevamento per l'osservazione della Terra da piattaforme aeree ed in particolare spaziali, operanti in diverse regioni dello spettro elettromagnetico.

Intende fornire le conoscenze fondamentali sulle basi fisiche per il telerilevamento della Terra, e in particolare le basi elettromagneti-che ed i modelli che descrivono l'emissione, l'assorbimento e la diffusione della radiazione da parte dei mezzi naturali (atmosfera, ma-re, terra) che sono alla base della interpretazione dei dati.

Descrive, utilizzando un approccio sistemistico, le caratteristiche del sistema da specificare per soddisfare i requisiti dell'utente finale in diversi domini applicativi (requisiti di missione). Richiama i principi tecnici dei principali sensori operanti in diverse gamme dello spettro elettromagnetico ed i vincoli che il sistema impone (orbita, sensore, etc.) sul soddisfacimento dei requisiti utente. Fornisce una panoramica delle più importanti applicazioni e dei parametri biogeofisici (dell'atmosfera, dell'oceano e della terraferma) che pos-sono essere stimati da misure in diverse regioni dello spettro elettromagnetico. Infine, il modulo intende far conoscere alcune delle tecniche per l'elaborazione dei dati e la generazione dei prodotti, proponendo anche esercitazioni pratiche al computer per apprendere i principali passi di elaborazione di dati satellitari. Infine, fornisce una panoramica delle principali missioni satellitari di Osservazione della Terra e dei prodotti che queste forniscono all'utente finale.

GENERALI

Lo scopo del corso è fornire agli studenti competenze teoriche e pratiche sull'osservazione della terra mediante telerilevamento. Il corso fornirà una panoramica dei sensori e delle tecniche utilizzate per generare prodotti a valore aggiunto a partire da misure telerilevate da satellite. Le lezioni teoriche, comprendenti nozioni relative alla modellistica elettromagnetica ed ai sensori utilizzati, sono affiancate da sessioni protiche volte alla elaborazione delle misure telerilevate per la generazione di prodotti a valore aggiunto.

SPECIFICI:

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE

Alla fine di questo insegnamento lo/la studente dovrà:

• conoscere i principali presupposti teorici legati all'osservazione della terra;
• conoscere i principali sensori per l'osservazione della terra;
• conoscere le principali applicazioni per generare prodotti a valore aggiunto a partire da misure telerilevate

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE

Alla fine di questo insegnamento lo studente saprà:

• descrivere e interpretare correttamente dati telerilevati;
• conoscere i principi alla base delle misure telerilevate;
• raccogliere ed elaborare autonomamente dati telerilevati;
• utilizzare gli strumenti e le adeguate competenze per l'interpretazione dei dati e l'estrazione di informazione da dati telerilevati.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO

Alla fine di questo insegnamento lo/la studente saprà formulare un giudizio:

• sulla qualità dei dati telerilevati;
• sulle potenzialità di ciascun sensore rispetto ai parametri geofisici da osservare;.

ABILITÀ COMUNICATIVE

Alla fine dell'insegnamento lo/la studente dovrà sapere:

• usare un linguaggio corretto e adeguato per la comunicazione di informazioni estratte da dati telerilevati.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO

Alla fine di questo insegnamento lo/la studente saprà:

• indagare in modo autonomo i principali aspetti relativi a dati telerilevati;
• elaborare autonomamente misure telerilevate al fine di generare prodotti a valore aggiunto relativi all'osservazione della terra

Introduzione al Telerilevamento: definizione, storia, vantaggi e applicazioni.

Energia elettromagnetica: definizione e leggi fisiche fondamentali.

Interazioni tra energia elettromagnetica e atmosfera: finestre atmosferiche e fenomeni di assorbimento e diffusione.

Interazione tra energia elettromagnetica e superfici: riflessione, assorbimento e trasmissione.

Caratteristiche dei sistemi di osservazione per l’osservazione della Terra.

Caratteristiche operative dei dati: scala e risoluzione.

I sensori digitali per l’osservazione della Terra: sensori attivi e passivi.

Tipologie di satelliti per l'Osservazione della Terra.

Sensori ottici

Sensori alle microonde

Tecniche di elaborazione delle immagini: miglioramento radiometrico, pre-processamento geometrico e pre-processamento radiometrico.

I programmi satellitari con dati ad accesso libero (Landsat, Copernicus, …).

Applicazioni

• - Testi di riferimento: K. Sarabandi Foundations

of applied electromagnetics

The University of Michigan press, Ann Arbor, 2022 (freely available at:

https://ece.engin.umich.edu/stories/new-free-textbook-foundations-of-applied-

electromagnetics)

L'esame consiste di una prova orale e di un elaborato scritto.

L'esame sarà composto di due parti: una orale e una scritta nella forma di un elaborato che le studentesse e gli studenti dovranno preparare e presentare individualmente o in piccoli gruppi (massimo tre persone). La relazione, che va consegnata 1 settimana prima della data di esame, sotto forma di file ppt, deve essere utilizzata per dimostrare l'applicazione dei concetti, dei metodi e delle analisi presentate durante l'insegnamento. Il documento scritto deve essere un testo descrittivo e autoesplicativo, progettato per fornire un quadro completo degli obiettivi, dei metodi e dei risultati.

Tutti gli argomenti trattati durante il corso, e la loro applicazione utilizzando il software adottato, sono parte integrante dell'esame orale.

I criteri di valutazione utilizzati per comporre il voto finale includono la valutazione della:

capacità di produrre una presentazione concisa, coerente ed efficace (50%)

capacità di esporre chiaramente i contenuti della relazione e conoscenza teorica relativa agli argomenti trattati durante le lezioni (50%)

F.T. Ulaby and D.G Long. Microwave radar and radiometric remote sensing The University of Michigan press, Ann Arbor, 2014.

W. Emery and A. Camps Introduction to Satellite Remote Sensing Elsevier, 2017, Netherlands.

Modulo: EARTH OBSERVATION
N/D
Modulo: FOUNDATIONS
N/D

Il modulo di elettronica intende fornire le conoscenze generali di un sistema elettronico inteso come sistema di elaborazione di informazioni. In particolare, partendo dai concetti di base relativi ai sistemi lineari, il corso mira a fornire gli strumenti matematici per l’analisi dei segnali e le conoscenze di base di elettronica analogica e digitale partendo dai componenti fondamentali per arrivare ai circuiti elettronici e infine a sistemi elettronici più complessi, focalizzando l’attenzione sui limiti applicativi dovuti a banda passante, potenza e rumore per circuiti analogici e digitali.
Risultati di apprendimento attesi: gli studenti saranno in grado di analizzare circuiti elettronici analogici e digitali e sapranno progettare semplici sistemi elettronici.

Elettronica

Introduzione ai segnali elettronici analogici e digitali. Teorema di Shannon. Campionamento e discretizzazione di segnali tempo-continui. Rappresentazione di segnali nel dominio della frequenza. Bande di frequenza e relative applicazioni elettroniche. Generalità sui sistemi elettronici. Richiami di componenti bipolari e reti lineari due porte. (1 CFU-ECTS)

Definizioni e caratteristiche degli amplificatori elettronici: concetti di saturazione, rumore, banda passante. Circuiti a singola costante di tempo (STC) e loro comportamento nel dominio del tempo in risposta a segnali canonici (gradini e impulsi). Risposta in frequenza di circuiti STC. Amplificatori operazionali (OP-AMP) e loro principali impieghi nelle configurazioni invertenti e non invertenti. Circuiti con OP-AMP: filtri attivi, derivatori, integratori, sommatori, amplificatori differenziali, convertitori tensione-corrente. Limitazioni di OP-AMP: slew rate, reiezione di modo comune, correnti di polarizzazione, tensione di offset. (2 CFU-ECTS)

Proprietà elettroniche dei semiconduttori e meccanismi di trasporto di carica. Correnti di diffusione, di trasporto, generazione e ricombinazione di portatori. Le giunzioni a semiconduttore: proprietà all’equilibrio e in polarizzazione. Struttura e principio di funzionamento di diodi, transistor bipolari (BJT) e transistori ad effetto di campo MOSFET. Principali circuiti a diodi e loro applicazioni: raddrizzatori a singola e doppia semionda. Regolatori di tensione con diodi Zener. Progetto di alimentatori in continua. Rivelatori di picco. Analisi e confronto di stadi di amplificazione a BJT: a emettitore comune, base comune e collettore comune. Analisi e confronto di stadi di amplificazione a MOSFET: source comune, gate comune, drain comune. Specchi di corrente. (2 CFU-ECTS)

Cenni introduttivi di elettronica digitale. Esperienze di laboratorio su circuiti didattici a diodi e OP-AMP su cui gli studenti effettuano misure mediante impiego di alimentatori stabilizzati, oscilloscopi digitali e generatori di segnali. (1 CFU-ECTS)

• Argomento 1. Introduzione ai segnali elettronici analogici e digitali. Teorema di Shannon. Campionamento e discretizzazione di segnali tempo-continui.
• Testi di riferimento: A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES, o precedentiM. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, Pearson IV edizione 2010 o edizioni precedenti
• Argomento 2. Rappresentazione di segnali nel dominio della frequenza. Bande di frequenza e relative applicazioni elettroniche.
• Testi di riferimento: A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES, o precedenti M. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, Pearson IV edizione 2010 o edizioni precedenti
• Argomento 3. Generalità sui sistemi elettronici. Richiami di componenti bipolari e reti lineari due porte. Definizioni e caratteristiche degli amplificatori elettronici: concetti di saturazione, rumore, banda passante.
• Testi di riferimento: A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES, o precedenti M. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, Pearson IV edizione 2010 o edizioni precedenti
• Argomento 4, Circuiti a singola costante di tempo (STC) e loro comportamento nel dominio del tempo in risposta a segnali canonici (gradini e impulsi). Risposta in frequenza di circuiti STC.
• Testi di riferimento: A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES, o precedenti M. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, Pearson IV edizione 2010 o edizioni precedenti
• Argomento 5. Amplificatori operazionali (OP-AMP) e loro principali impieghi nelle configurazioni invertenti e non invertenti.
• Testi di riferimento: A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES, o precedenti M. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, Pearson IV edizione 2010 o edizioni precedenti
• Argomento 6. Circuiti con OP-AMP: filtri attivi, derivatori, integratori, sommatori, amplificatori differenziali, convertitori tensione-corrente.
• Testi di riferimento: A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES, o precedenti M. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, Pearson IV edizione 2010 o edizioni precedenti
• Argomento 7. Limitazioni di OP-AMP: slew rate, reiezione di modo comune, correnti di polarizzazione, tensione di offset.
• Testi di riferimento: A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES, o precedenti M. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, Pearson IV edizione 2010 o edizioni precedenti
• Argomento 8. Proprietà elettroniche dei semiconduttori e meccanismi di trasporto di carica. Correnti di diffusione, di trasporto, generazione e ricombinazione di portatori.
• Testi di riferimento: S. M. Sze, Dispositivi a semiconduttore, Hoepli (qualunque edizione)
• Argomento 9. Le giunzioni a semiconduttore: proprietà all’equilibrio e in polarizzazione.
• Testi di riferimento: S. M. Sze, Dispositivi a semiconduttore, Hoepli (qualunque edizione)
• Argomento 10. Struttura e principio di funzionamento di diodi. Principali circuiti a diodi e loro applicazioni: raddrizzatori a singola e doppia semionda. Regolatori di tensione con diodi Zener. Rivelatori di picco. Progetto di alimentatori in continua.
• Testi di riferimento: A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES, o precedenti M. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, Pearson IV edizione 2010 o edizioni precedenti
• Argomento 11. Struttura e principio di funzionamento di diodi, transistor bipolari a giunzione (BJT)
• Testi di riferimento: A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES, o precedenti M. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, Pearson IV edizione 2010 o edizioni precedenti
• Argomento 12. Analisi e confronto di stadi di amplificazione a BJT: a emettitore comune, base comune e collettore comune. Specchi di corrente con BJT.
• Testi di riferimento: A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES, o precedenti M. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, Pearson IV edizione 2010 o edizioni precedenti
• Argomento 13. Struttura e principio di funzionamento di transistori ad effetto di campo MOSFET.
• Testi di riferimento: A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES, o precedenti M. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, Pearson IV edizione 2010 o edizioni precedenti
• Argomento 14. Analisi e confronto di stadi di amplificazione a MOSFET: source comune, gate comune, drain comune. Specchi di corrente.
• Testi di riferimento: A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES, o precedenti M. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, Pearson IV edizione 2010 o edizioni precedenti
• Argomento 15. Circuiti CMOS Cenni introduttivi di elettronica digitale. Invertitori CMOS: pricipio di fuinzionamento e caratteristiche ingresso-uscita e consumo e dissipazione di potenza statica e dinamica.
• Testi di riferimento: A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES, o precedenti M. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, Pearson IV edizione 2010 o edizioni precedenti
• Argomento 16. Celle solari: principio di funzionamento, materiali e caratteristiche di pannelli fotovoltaici.
• Testi di riferimento: S. M. Sze, Dispositivi a semiconduttore, Hoepli (qualunque edizione) e articoli scientifici aggiornati forniti dal docente.
• Argomento 17. Esperienze di laboratorio su circuiti didattici a diodi e OP-AMP su cui gli studenti effettuano misure mediante impiego di alimentatori stabilizzati, oscilloscopi digitali e generatori di segnali.
• Testi di riferimento: A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES, o precedenti M. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, Pearson IV edizione 2010 o edizioni precedenti. Texas Instruments boards educational kit

L'esame si articola su una prova scritta obbligatoria ed una orale facoltativa. Nella prova scritta della durata di un paio d'ore viene assegnato un quesito di progettazione elettronica di base con valutazioni quantitative al fine di testare la capacità dello studente di effettuare dimensionamento di semplici sistemi elettronici. Sono previste esercitazioni assegnate per casa durante l'anno, la cui valutazione contribuisce a quella finale per un 20%. La prova orale consiste in un colloquio per testare le conoscenze teoriche che può contribuire per un 10% della valutazione finale .

A. S. Sedra, K. C. Smith, Circuiti per la microelettronica, 4a Ed. Italiana (6a Inglese) EdiSES, o precedenti

M. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, Pearson IV edizione 2010 o edizioni precedenti

S. M. Sze, Dispositivi a semiconduttore, Hoepli (qualunque edizione)

A. d’Alessandro, Diapositive del corso, file pdf scaricabili al sito del corso su http://elearning2.uniroma1.it (registrazione richiesta) o accesso iscrivendosi al corso attraverso Classroom

Appunti di lezione su tutti gli argomenti

M. H. Rashid, Fondamenti di Elettronica, APOGEO.

P. Horowitz, W. Hill, The art of electronics, Cambridge University Press, 2015.

Il modulo mira a fornire una conoscenza generale sui sistemi di telerilevamento per l'osservazione della Terra da piattaforme aeree ed in particolare spaziali, operanti in diverse regioni dello spettro elettromagnetico.

Intende fornire le conoscenze fondamentali sulle basi fisiche per il telerilevamento della Terra, e in particolare le basi elettromagneti-che ed i modelli che descrivono l'emissione, l'assorbimento e la diffusione della radiazione da parte dei mezzi naturali (atmosfera, ma-re, terra) che sono alla base della interpretazione dei dati.

Descrive, utilizzando un approccio sistemistico, le caratteristiche del sistema da specificare per soddisfare i requisiti dell'utente finale in diversi domini applicativi (requisiti di missione). Richiama i principi tecnici dei principali sensori operanti in diverse gamme dello spettro elettromagnetico ed i vincoli che il sistema impone (orbita, sensore, etc.) sul soddisfacimento dei requisiti utente. Fornisce una panoramica delle più importanti applicazioni e dei parametri biogeofisici (dell'atmosfera, dell'oceano e della terraferma) che pos-sono essere stimati da misure in diverse regioni dello spettro elettromagnetico. Infine, il modulo intende far conoscere alcune delle tecniche per l'elaborazione dei dati e la generazione dei prodotti, proponendo anche esercitazioni pratiche al computer per apprendere i principali passi di elaborazione di dati satellitari. Infine, fornisce una panoramica delle principali missioni satellitari di Osservazione della Terra e dei prodotti che queste forniscono all'utente finale.

GENERALI

Lo scopo del corso è fornire agli studenti competenze teoriche e pratiche sull'osservazione della terra mediante telerilevamento. Il corso fornirà una panoramica dei sensori e delle tecniche utilizzate per generare prodotti a valore aggiunto a partire da misure telerilevate da satellite. Le lezioni teoriche, comprendenti nozioni relative alla modellistica elettromagnetica ed ai sensori utilizzati, sono affiancate da sessioni protiche volte alla elaborazione delle misure telerilevate per la generazione di prodotti a valore aggiunto.

SPECIFICI:

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE

Alla fine di questo insegnamento lo/la studente dovrà:

• conoscere i principali presupposti teorici legati all'osservazione della terra;
• conoscere i principali sensori per l'osservazione della terra;
• conoscere le principali applicazioni per generare prodotti a valore aggiunto a partire da misure telerilevate

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE

Alla fine di questo insegnamento lo studente saprà:

• descrivere e interpretare correttamente dati telerilevati;
• conoscere i principi alla base delle misure telerilevate;
• raccogliere ed elaborare autonomamente dati telerilevati;
• utilizzare gli strumenti e le adeguate competenze per l'interpretazione dei dati e l'estrazione di informazione da dati telerilevati.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO

Alla fine di questo insegnamento lo/la studente saprà formulare un giudizio:

• sulla qualità dei dati telerilevati;
• sulle potenzialità di ciascun sensore rispetto ai parametri geofisici da osservare;.

ABILITÀ COMUNICATIVE

Alla fine dell'insegnamento lo/la studente dovrà sapere:

• usare un linguaggio corretto e adeguato per la comunicazione di informazioni estratte da dati telerilevati.

CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO

Alla fine di questo insegnamento lo/la studente saprà:

• indagare in modo autonomo i principali aspetti relativi a dati telerilevati;
• elaborare autonomamente misure telerilevate al fine di generare prodotti a valore aggiunto relativi all'osservazione della terra

Introduzione al Telerilevamento: definizione, storia, vantaggi e applicazioni.

Energia elettromagnetica: definizione e leggi fisiche fondamentali.

Interazioni tra energia elettromagnetica e atmosfera: finestre atmosferiche e fenomeni di assorbimento e diffusione.

Interazione tra energia elettromagnetica e superfici: riflessione, assorbimento e trasmissione.

Caratteristiche dei sistemi di osservazione per l’osservazione della Terra.

Caratteristiche operative dei dati: scala e risoluzione.

I sensori digitali per l’osservazione della Terra: sensori attivi e passivi.

Tipologie di satelliti per l'Osservazione della Terra.

Sensori ottici

Sensori alle microonde

Tecniche di elaborazione delle immagini: miglioramento radiometrico, pre-processamento geometrico e pre-processamento radiometrico.

I programmi satellitari con dati ad accesso libero (Landsat, Copernicus, …).

Applicazioni

• - Testi di riferimento: K. Sarabandi Foundations

of applied electromagnetics

The University of Michigan press, Ann Arbor, 2022 (freely available at:

https://ece.engin.umich.edu/stories/new-free-textbook-foundations-of-applied-

electromagnetics)

L'esame consiste di una prova orale e di un elaborato scritto.

L'esame sarà composto di due parti: una orale e una scritta nella forma di un elaborato che le studentesse e gli studenti dovranno preparare e presentare individualmente o in piccoli gruppi (massimo tre persone). La relazione, che va consegnata 1 settimana prima della data di esame, sotto forma di file ppt, deve essere utilizzata per dimostrare l'applicazione dei concetti, dei metodi e delle analisi presentate durante l'insegnamento. Il documento scritto deve essere un testo descrittivo e autoesplicativo, progettato per fornire un quadro completo degli obiettivi, dei metodi e dei risultati.

Tutti gli argomenti trattati durante il corso, e la loro applicazione utilizzando il software adottato, sono parte integrante dell'esame orale.

I criteri di valutazione utilizzati per comporre il voto finale includono la valutazione della:

capacità di produrre una presentazione concisa, coerente ed efficace (50%)

capacità di esporre chiaramente i contenuti della relazione e conoscenza teorica relativa agli argomenti trattati durante le lezioni (50%)

F.T. Ulaby and D.G Long. Microwave radar and radiometric remote sensing The University of Michigan press, Ann Arbor, 2014.

W. Emery and A. Camps Introduction to Satellite Remote Sensing Elsevier, 2017, Netherlands.

Modulo: EARTH OBSERVATION
N/D
Modulo: FOUNDATIONS
N/D

Il modulo mira a fornire una conoscenza generale sui sistemi di telerilevamento per l'osservazione della Terra da piattaforme aeree ed in particolare spaziali, operanti in diverse regioni dello spettro elettromagnetico. Intende fornire le conoscenze fondamentali sulle basi fisiche per il telerilevamento della Terra, e in particolare le basi elettromagneti-che ed i modelli che descrivono l'emissione, l'assorbimento e la diffusione della radiazione da parte dei mezzi naturali (atmosfera, ma-re, terra) che sono alla base della interpretazione dei dati. Descrive, utilizzando un approccio sistemistico, le caratteristiche del sistema da specificare per soddisfare i requisiti dell'utente finale in diversi domini applicativi (requisiti di missione). Richiama i principi tecnici dei principali sensori operanti in diverse gamme dello spettro elettromagnetico ed i vincoli che il sistema impone (orbita, sensore, etc.) sul soddisfacimento dei requisiti utente. Fornisce una panoramica delle più importanti applicazioni e dei parametri biogeofisici (dell'atmosfera, dell'oceano e della terraferma) che pos-sono essere stimati da misure in diverse regioni dello spettro elettromagnetico. Infine, il modulo intende far conoscere alcune delle tecniche per l'elaborazione dei dati e la generazione dei prodotti, proponendo anche esercitazioni pratiche al computer per apprendere i principali passi di elaborazione di dati satellitari. Infine, fornisce una panoramica delle principali missioni satellitari di Osservazione della Terra e dei prodotti che queste forniscono all'utente finale.

EARTH OBSERVATION
Introduzione al Telerilevamento: definizione, storia, vantaggi e applicazioni.

Energia elettromagnetica: definizione e leggi fisiche fondamentali.

Interazioni tra energia elettromagnetica e atmosfera: finestre atmosferiche e fenomeni di assorbimento e diffusione.

Interazione tra energia elettromagnetica e superfici: riflessione, assorbimento e trasmissione.

Caratteristiche dei sistemi di osservazione per l’osservazione della Terra.

Caratteristiche operative dei dati: scala e risoluzione.

I sensori digitali per l’osservazione della Terra: sensori attivi e passivi.

Tipologie di satelliti per l'Osservazione della Terra.

Sensori ottici

Sensori alle microonde

Tecniche di elaborazione delle immagini: miglioramento radiometrico, pre-processamento geometrico e pre-processamento radiometrico.

I programmi satellitari con dati ad accesso libero (Landsat, Copernicus, …).

Applicazioni

• - Testi di riferimento: K. Sarabandi Foundations

of applied electromagnetics

The University of Michigan press, Ann Arbor, 2022 (freely available at:

https://ece.engin.umich.edu/stories/new-free-textbook-foundations-of-applied-

electromagnetics)

FOUNDATIONS
Introduzione al Telerilevamento: definizione, storia, vantaggi e applicazioni.

Energia elettromagnetica: definizione e leggi fisiche fondamentali.

Interazioni tra energia elettromagnetica e atmosfera: finestre atmosferiche e fenomeni di assorbimento e diffusione.

Interazione tra energia elettromagnetica e superfici: riflessione, assorbimento e trasmissione.

Caratteristiche dei sistemi di osservazione per l’osservazione della Terra.

Caratteristiche operative dei dati: scala e risoluzione.

I sensori digitali per l’osservazione della Terra: sensori attivi e passivi.

Tipologie di satelliti per l'Osservazione della Terra.

Sensori ottici

Sensori alle microonde

Tecniche di elaborazione delle immagini: miglioramento radiometrico, pre-processamento geometrico e pre-processamento radiometrico.

I programmi satellitari con dati ad accesso libero (Landsat, Copernicus, …).

Applicazioni

• - Testi di riferimento: K. Sarabandi Foundations

of applied electromagnetics

The University of Michigan press, Ann Arbor, 2022 (freely available at:

https://ece.engin.umich.edu/stories/new-free-textbook-foundations-of-applied-

electromagnetics)

EARTH OBSERVATION
L'esame consiste di una prova orale e di un elaborato scritto.

L'esame sarà composto di due parti: una orale e una scritta nella forma di un elaborato che le studentesse e gli studenti dovranno preparare e presentare individualmente o in piccoli gruppi (massimo tre persone). La relazione, che va consegnata 1 settimana prima della data di esame, sotto forma di file ppt, deve essere utilizzata per dimostrare l'applicazione dei concetti, dei metodi e delle analisi presentate durante l'insegnamento. Il documento scritto deve essere un testo descrittivo e autoesplicativo, progettato per fornire un quadro completo degli obiettivi, dei metodi e dei risultati.

Tutti gli argomenti trattati durante il corso, e la loro applicazione utilizzando il software adottato, sono parte integrante dell'esame orale.

I criteri di valutazione utilizzati per comporre il voto finale includono la valutazione della:

capacità di produrre una presentazione concisa, coerente ed efficace (50%)

capacità di esporre chiaramente i contenuti della relazione e conoscenza teorica relativa agli argomenti trattati durante le lezioni (50%)

FOUNDATIONS
L'esame consiste di una prova orale e di un elaborato scritto.

L'esame sarà composto di due parti: una orale e una scritta nella forma di un elaborato che le studentesse e gli studenti dovranno preparare e presentare individualmente o in piccoli gruppi (massimo tre persone). La relazione, che va consegnata 1 settimana prima della data di esame, sotto forma di file ppt, deve essere utilizzata per dimostrare l'applicazione dei concetti, dei metodi e delle analisi presentate durante l'insegnamento. Il documento scritto deve essere un testo descrittivo e autoesplicativo, progettato per fornire un quadro completo degli obiettivi, dei metodi e dei risultati.

Tutti gli argomenti trattati durante il corso, e la loro applicazione utilizzando il software adottato, sono parte integrante dell'esame orale.

I criteri di valutazione utilizzati per comporre il voto finale includono la valutazione della:

capacità di produrre una presentazione concisa, coerente ed efficace (50%)

capacità di esporre chiaramente i contenuti della relazione e conoscenza teorica relativa agli argomenti trattati durante le lezioni (50%)

EARTH OBSERVATION
F.T. Ulaby and D.G Long. Microwave radar and radiometric remote sensing The University of Michigan press, Ann Arbor, 2014.

W. Emery and A. Camps Introduction to Satellite Remote Sensing Elsevier, 2017, Netherlands.

Modulo: EARTH OBSERVATION
N/D
Modulo: FOUNDATIONS
N/D

FOUNDATIONS
F.T. Ulaby and D.G Long. Microwave radar and radiometric remote sensing The University of Michigan press, Ann Arbor, 2014.

W. Emery and A. Camps Introduction to Satellite Remote Sensing Elsevier, 2017, Netherlands.

Modulo: EARTH OBSERVATION
N/D
Modulo: FOUNDATIONS
N/D

Le finalità del corso di Gas Dinamica sono: a)fornire gli strumenti concettuali ed analitici necessari per la modellistica dei flussi comprimibili; b) sviluppare le capacità di analisi di un problema di gasdinamica e relativa formalizzazione matematica; c) fornire le tecniche di soluzione analitiche, esatte e approssimate specifiche per i problemi iperbolici; d) sviluppare le capacità di valutazione della validità delle soluzioni proposte.

Il corso di Rocket Propulsion fornisce la teoria di base e gli strumenti fisico-matematici necessari per l'analisi e la progettazione di endoreattori, presenta e discute i principali parametri di prestazione degli endoreattori ed introduce alle principali famiglie degli endoreattori chimici analizzandone i componenti caratteristici e la loro influenza su progetto, prestazioni, costo e impatto ambientale. Il corso fornisce inoltre allo studente una serie di esempi di calcolo mirati a fissare la teoria e a confrontarla con esempi tipici di endoreattori in uso nei lanciatori e nella propulsione spaziale. Al termine del corso gli studenti dovranno aver acquisito: - Conoscenza e capacità di applicazione della teoria ideale dei razzi con particolare riferimento alla stadiazione in tandem e parallela e all’impatto ambientale generato da inefficienze propulsive e strutturali - Conoscenza e capacità di applicazione della teoria dei flussi monodimensionali stazionari con riferimento alle applicazioni tipiche dei veicoli propulsi con endoreattori - Conoscenza e capacità di applicazione della teoria dell’ugello ideale con particolare riferimento ai principali parametri di prestazione e al funzionamento in condizioni non adattate - Conoscenza e capacità di applicazione della termochimica applicata alla propulsione chimica con particolare riferimento alle relazioni con i parametri di prestazione e ai limiti e possibilità della propulsione chimica - Conoscenza delle principali combinazioni di propellenti disponibili per la propulsione chimica e visione critica dei pro e dei contro di ciascuna di esse inclusa la tossicità di alcune combinazioni e le conseguenze in termini di produzione, possibilità di test e costi. - Conoscenza dei principali componenti che costituiscono un endoreattore chimico a propellente solido e capacità di applicazione della teoria della balistica interna zero-dimensionale. - Conoscenza dei principali componenti che costituiscono un endoreattore chimico a propellente liquido e capacità di stimarne le prestazioni in funzione delle proprietà dei propellenti - Conoscenza delle principali direzioni di sviluppo degli endoreattori per le applicazioni nel campo dei lanciatori e della propulsione spaziale con cenni al controllo della generazione di detriti spaziali da stadi superiori di lanciatori

• Aspetti generali della propulsione ad endoreazione
• Introduzione e classificazione: propulsione a reazione; spinta e impulso specifico; classificazione degli endoreattori
• Prestazioni degli endoreattori e caratterizzazione dei lanciatori: equazione del razzo; rapporti di massa; lanciatori; stadiazione
• Endoreattori Termici
• Richiami di termodinamica
• Flussi 1D, Ugello ideale, Parametri di prestazione
• Endoreattori chimici
• Termodinamica chimica: Equilibrio chimico; Ugello reale; Modellistica flussi chimicamente reagenti: equazioni di governo
• Endoreattori chimici a propellente solido
• Propellenti; componenti; parametri caratteristici; velocità di combustione; balistica interna; geometria del grano propellente
• Endoreattori chimici a propellente liquido
• Propellenti, componenti, sistema di iniezione e ignizione, cicli di potenza
• Cenno ad altri tipi di endoreattori (propulsori ibridi ed elettrici)

L’esame è costituito di 3 parti:

PARTE 1 – Domande di ammissione (10 minuti)

Quiz costituito di 10 domande semplici a risposta multipla. E’ necessario completarlo senza errori per poter proseguire l’esame.

Alla consegna i quiz verranno rapidamente controllati e conseguentemente gli studenti saranno ammessi (o non ammessi) a continuare l’esame

Le domande saranno prese da un insieme di un centinaio di domande che saranno rese disponibili agli studenti durante il corso.

PARTE 2 – Prova scritta (circa due ore)

Uno o più esercizi (in funzione delle difficoltà) sulle applicazioni di quanto è stato visto nel programma del corso

Esercizi d’esame saranno forniti e svolti durante le esercitazioni

PARTE 3 – Esame orale (circa 30 minuti)

2-3 domande sui contenuti del corso

Testo principale di riferimento:

Stephen D. Heister, William E. Anderson, Timothée L. Pourpoint, R. Joseph Cassady, "Rocket Propulsion Elements", Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2019. https://doi.org/10.1017/9781108381376

Il materiale didattico è completato da appunti di studio messi a disposizione degli studenti sulla pagina del corso al sito https://elearning.uniroma1.it

1. Ronald W. Humble, Gary N. Henry, Wiley J.Larson. “Space propulsion analysis and design” Space Technology Series, first edition revised, New York, The McGraw-Hill companies, 1995.

2. Sutton G.P., ``Rocket Propulsion Elements'', An Introduction to the Engineering of Rockets, Sixth Edition, John Wiley and Sons, Inc., 1992.

3. Hill P., Peterson C., ``Mechanics and Thermodynamics of Propulsion'', Addison Wesley Publishing Company, Second Edition, 1992.

GENERALI

Sono introdotti i payload satellitari di telecomunicazioni, radar e navigazione con i loro principi di funzionamento. Per ciascuno dei tre payload: (i) si approfondiscono le applicazioni con i relativi requisiti prestazionali; (ii) si analizza il sistema spaziale completo e la missione spaziale tipica al cui interno sono inseriti; (iii) si identificano i parametri di progetto principali da cui dipendono le prestazioni; (iv) si studia il legame fra i parametri principali e le prestazioni; (v) si analizzano i requisiti sulla piattaforma che li ospita, per garantirne il corretto funzionamento.

Nell’ambito dei payload di telecomunicazioni, si studiano il broadcast satellitare, le connessioni dati punto-punto, i sistemi di personal communication satellitari, il trasferimento a terra dei dati di osservazione della Terra e la telemetria. Si approfondiscono le tecniche di modulazione e di codifica, i sistemi di antenna ed il loro impatto su piattaforma ed assetto, il dimensionamento della potenza.

Nell’ambito dei payload radar, si studiano i radar ad apertura sintetica (SAR) per la formazione di immagini ad alta risoluzione. Si approfondiscono le tecniche di compressione di impulso e di formazione dell’antenna sintetica, i sistemi di antenna ed il loro impatto su piattaforma ed assetto, il dimensionamento della potenza.

Nell’ambito dei payload di navigazione, si studiano i sistemi di navigazione satellitare globale (GNSS) per la navigazione satellitare ed i sistemi terrestri e satellitari per incrementarne le prestazioni. Si approfondiscono le forme d’onda utilizzate, le tecniche di acquisizione dei segnali e di stima di posizione, le principali sorgenti di errore e le prestazioni, i sistemi di antenna ed il dimensionamento della potenza.

SPECIFICI

Conoscenza e capacità di comprensione: al termine, lo studente ha acquisito una conoscenza di base sulle tre tipologie di payload considerati e sui loro parametri principali, sui sistemi e le missioni che sono centrati su di essi.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: al termine, lo studente ha acquisito la capacità di valutare criticamente sia la scelta del payload, tramite il dimensionamento dei suoi parametri principali in funzione dei requisiti operativi (dai requisiti utente), sia la sua integrazione con la piattaforma.

Inoltre, lo studente acquisisce:

Autonomia di giudizio: al termine, lo studente ha maturato l’autonomia di giudizio necessaria per integrare le conoscenze sulle diverse tipologie di payload, gestirne la complessità delle tecnologie impiegate nelle diverse missioni spaziali, e valutarne le prestazioni nei diversi contesti applicativi.

Abilità comunicative: al termine del corso lo studente ha acquisito la capacità di operare in un contesto fortemente multi-disciplinare interagendo con ingegneri progettisti delle strutture e delle tecnologie dell’informazione per lo spazio, con tecnici specialisti e interlocutori non specialisti.

Capacità di apprendimento: al termine del corso lo studente ha sviluppato la capacità di approfondire autonomamente lo studio delle nuove tecnologie impiegate nelle future evoluzioni dei sistemi satellitari.

OBIETTIVI GENERALI

Il corso mira a fornire allo studente una conoscenza dei payload satellitari di telecomunicazioni, di navigazione e di osservazione della Terra con sistemi RADAR, con i loro principi di funzionamento.

Per ciascuna delle due tipologie di payload sarà chiesto allo studente di acquisire conoscenze su: (i) le applicazioni con i relativi requisiti prestazionali; (ii) il sistema spaziale completo e la missione spaziale tipica al cui interno sono inseriti; (iii) i parametri di progetto principali da cui dipendono le prestazioni; (iv) il legame fra i parametri principali e le prestazioni. Inoltre, si mira a far sviluppare allo studente una capacità di: (i) progettare in modo preliminare i payload, passando dai parametri di prestazione ai valori dei principali parametri di progetto necessari per garantirle, e (ii) derivare i requisiti sulla piattaforma che li ospita, per garantirne il corretto funzionamento.

Nell’ambito dei payload di telecomunicazioni, si studiano il broadcast satellitare, le connessioni dati punto-punto, i sistemi di personal communication satellitari, il networking satellitare, il trasferimento a terra dei dati di osservazione della Terra e la telemetria. Si approfondiscono le tecniche di modulazione e di codifica, i sistemi di antenna ed il loro impatto su piattaforma ed assetto, il dimensionamento della potenza.

Nell’ambito dei payload radar, si studiano i radar ad apertura sintetica (SAR) per la formazione di immagini ad alta risoluzione. Si approfondiscono le tecniche di compressione di impulso e di formazione dell’antenna sintetica, i sistemi di antenna ed il loro impatto su piattaforma ed assetto, il dimensionamento della potenza.

Nell’ambito dei payload di navigazione, si studiano si studiano i sistemi di navigazione satellitare globale (GNSS) per la navigazione satellitare ed i sistemi terrestri e satellitari per incrementarne le prestazioni. Si approfondiscono le forme d’onda utilizzate, le tecniche di acquisizione dei segnali e di stima di posizione, le principali sorgenti di errore e le prestazioni, i sistemi di antenna ed il dimensionamento della potenza.

OBIETTIVI SPECIFICI

• CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: A valle dell’erogazione e studio del corso lo studente ha una conoscenza di base sulle due tipologie di payload considerate e sui loro parametri principali, sui sistemi e le missioni che sono centrati su di essi.
• CONOSCENZA E CAPACITÀ APPLICATE: A valle dell’erogazione e studio del corso lo studente ha acquisito la capacità di valutare criticamente sia la scelta del payload, tramite il dimensionamento dei suoi parametri principali in funzione dei requisiti operativi (dai requisiti utente), sia la sua integrazione con la piattaforma. Nello specifico, è in grado di utilizzare gli strumenti di analisi delle prestazioni delle singole componenti per comprendere le prestazioni di sistemi complessi e per la caratterizzazione delle relative prestazioni.
• AUTONOMIA DI GIUDIZIO: A valle dell’erogazione e studio del corso, lo studente ha maturato l’autonomia di giudizio necessaria per integrare le conoscenze sulle diverse tipologie di payload, gestirne la complessità delle tecnologie impiegate nelle diverse missioni spaziali, e valutarne le prestazioni nei diversi contesti applicativi.
• ABILITÀ COMUNICATIVE: Lo studente ha acquisito una capacità di operare in un contesto fortemente multi-disciplinare interagendo con ingegneri progettisti delle strutture e delle tecnologie dell’informazione per lo spazio, con tecnici specialisti e interlocutori non specialisti. Ciò avviene attraverso la conoscenza del funzionamento delle singole componenti di un sistema radar e di comunicazione e l'acquisizione di un linguaggio tecnico adeguato.
• CAPACITÀ DI APPRENDERE: Lo studente, a valle dell’erogazione e studio del corso, ha acquisito capacità autonoma di approfondire autonomamente lo studio delle nuove tecnologie impiegate nelle future evoluzioni dei sistemi satellitari, sapendole collocare nella giusta posizione all'interno dello schema a blocchi dei payload e comprendendo l'impatto dell'incremento di prestazioni delle singole porzioni di un payload complesso.

Modulo: COMMUNICATION AND RADAR PAYLOADS
Comunicazioni Satellitari (3 CFU):

• Aree di copertura delle comunicazioni satellitari per Broadcast Audio/TV, Networking, Personal communication: singoli satelliti e costellazioni in orbite GEO, MEO, LEO con i corrispondenti fasci di antenna sia larghi che ad alto guadagno. Elementi di antenne per applicazioni spaziali; sistemi di antenna per il satellite e per il segmento di terra. Requisiti di precisione del puntamento dell'antenna. Modelli semplificati per la propagazione del segnale per la comunicazione satellitare.
• Diagramma a blocchi del ricetrasmettitore di comunicazione digitale satellitare, compresa la codifica dei canali, la mappatura sulla costellazione, l'up-conversion; amplificazione e propagazione; down-conversion, decisione, e decodifica. Link budget, efficienza spettrale e Bit Error Rate. Progettazione preliminare del collegamento di comunicazione.
• Codifica di canale: distanza di Hamming, rilevamento e correzione degli errori, codici di Hamming, codici a blocchi, codici lineari, codici ciclici (CRC, BCH e R-S), codici perfetti, LPDC, codici convoluzionali e decodifica di Viterbi, codici concatenati, turbo-codici; errori a burst e interleaving. Elementi di teoria della probabilità: variabili aleatorie discrete; distribuzione di Bernoulli; valutazione del BER con Forward Error Correction.
• Richiami di teoria della probabilità. il teorema del limite centrale. Rumore termico, figura di rumore e temperatura; valutazione del Bit Error Rate per le diverse costellazioni.
• Tecniche di accesso multiplo: Multiplexing a Divisione di Frequenza, Multiplexing a Divisione di Tempo, Multiplexing a Divisione di Codice; Uso della diversità di polarizzazione.
• Codifica e trasmissione di dati di telemetria digitale da satellite/lanciatore.
• Elementi di networking satellitare

Sensori Radar Satellitari (3CFU)

• Il principio di base del radar: risoluzione della portata inclinata e risoluzione della portata al suolo per l'imaging radar e l'altimetria radar. Tempo di ripetizione dell'impulso; Ambiguità della portata del radar e sua valutazione per il radar spaziale.
• Schema a blocchi del ricetrasmettitore radar (antenne, filtri, amplificatori, distribuzione del segnale a radiofrequenza (RF), dispositivi up- e down-converter, convertitori A/D e D/A, generazione e filtraggio di forme d'onda per radar, localizzazione e comunicazione , elementi di codifica); Principio di base Elementi di progettazione del sensore e requisiti per i suoi diversi elementi costitutivi
• Tecniche di filtro abbinato e di compressione dell'impulso. La forma d'onda del cinguettio; la sua generazione e la sua compressione; controllo del lobo laterale: utilizzare per l'imaging radar e l'altimetria.
• Selezione della frequenza di ripetizione dell'impulso per l'applicazione SAR satellitare, rimozione dell'eco della linea di altitudine; Valutazione dell'ambiguità azimutale.
• Il principio dell'apertura sintetica, massima risoluzione stripmap; Modalità di acquisizione SAR: StripMap, Spotlight, ScanSAR, TOPS. Requisiti dell'antenna per le diverse modalità (dimensioni, capacità di governo elettronico/meccanico e precisione); soluzioni pratiche di antenne: antenne phased array attive vs antenne a riflettore; antenne pieghevoli, ecc... Fabbisogno di budget energetico per SAR nelle diverse modalità di acquisizione. Impatto della vibrazione dell'antenna sulla qualità e sui requisiti dell'immagine SAR.
• Requisito di downlink della velocità dei dati per le diverse modalità di acquisizione
• qualità dell'immagine radiometrica e funzionamento multilook; Noise Equivalent Sigma Zero

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D

Modulo: COMMUNICATION AND RADAR PAYLOADS

• Introduzione alle tematiche del corso e contesto, modalità di erogazione lezioni, di svolgimento esercitazioni e di valutazione. - ( 1 ora)
• Testi di riferimento: Slide della lezione disponibile in rete sul sito web
• Link budget per satelliti in LEO, MEO, GEO con fasci omnidirezionali, globali o spot - (3 ore)
• Testi di riferimento: Slide: 02_Payload_link_budget _intro
• Filtraggio del segnale: filtro adattato, funzioni di trasferimento di Nyquist per evitare Interferenza InterSimbolica (ISI) e forme a coseno rialzato - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 03_Payload_matched_filter 07_Payload_ISI
• Antenne per TLC isotrope e direzionali: lineari, ad apertura e a phased array - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 05_Payload_2024_linkbudget_core_v2 06_Payload_2024_Global_Scheme
• Transmissioni digitali di banda Base e Banda Traslata con le Modulazioni: M-PAM, MQAM, PSK and APSK: mapping/demapping, pulse shaping, up/down-conversion with I&Q mod/demodulator. - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 05_Payload_2024_linkbudget_core_v2 06_Payload_2024_Global_Scheme
• Rumore termico, rumore del cielo, ricevitore e impatto delle condizioni meteorologiche - (2 ore)
• Testi di riferimento: Slide:02_Payload_link_budget
• Bit Error Rate (BER) of M-PAM, MQAM, PSK and APSK - (2 ore)
• Testi di riferimento: Slide:08_Payload_BER
• Codifica di sorgente e di canale e BER con codifica di canale - (5 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 11_Payload_Coding 13_Payload_Shannon
• Collegamento GEO per Digital Video Broadcast e trasponder - (2 ore)
• Testi di riferimento: slide:09_Payloads_2024_Transponder
• Payload of Internet Satellites in GEO and LEO - (1 ora)
• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Internet
• Costellazioni LEO per internet/personal communication - (2 ore)
• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Interne
• Il collegamento di TT&C data link e le sue caratteristiche - (1 ora)
• Testi di riferimento: slide:14_TT&C
• Principio di funzionamento del radar impulsato, radar cross section, link budget, blind range. Risoluzione in range ed in gound-range. Necessità di impulsi lunghi comprimibili - (3 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 21_Payload_2024_Radar_fundamentals
• Compressione di impulso: codici di fase, Barker, Chirp, codici Frank, P3 e P4 - (6 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 22_Radar_pulse_compression
• Integrazione coerente di impulsi e risoluzione in frequenza Doppler - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 23_Satellite_RADAR24
• Radar Imaging: La risoluzione in azimuth del Radar ad apertura reale (RAR) ed il Radar ad Aperura Sintetica (SAR) - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 24_SAR_fundamentals.pdf 25_SAR_quality_parameters
• Costellazioni di SAR - (2 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 26_SAR_constellations
• Radar Altimetry & Sounding -(2 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 27_Radar_Altimetry_and_Sounding
• Il radar di tracking per lanciatori e debris - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 28_Payload_2024_Radar_tracking

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D

STRUMENTI DI ACCERTAMENTO:

La prova scritta, della durata di 3 ore (30% del voto finale) consiste di:

• 1 esercizio sul dimensionamento di un collegamento di TLC satellitare, inclusivo di caratteristiche del payload di bordo, della stazione di terra e delle tecniche di codifica/trattamento dei segnali/dati necessari
• 1 esercizio sul dimensionamento di massima di un radar di osservazione della Terra, inclusivo di caratteristiche del payload di bordo e delle tecniche di codifica/trattamento dei segnali/dati necessari.
• 1 esercizio sulle tecniche e/o prestazioni di posizionamento (navigazione satellitare) o su forme d’onda utilizzate o porzioni del sistema di posizionamento

La prova scritta si considera superata se almeno due dei tre esercizi sono svolti in modo molto buono.

E' possibile sostituire la prova (i) con lo svolgimento di prove di dimensionamento parziale svolte durante il corso delle lezioni sulla piattaforma Sapienza di e-learning.

La prova orale (70% del voto finale) consiste di tre domande su:

• caratteristiche del payload di Telecomunicazioni, delle tecniche di elaborazione e codifica necessarie e delle prestazioni delle singole parti
• funzionamento e caratteristiche del Radar di Osservazione della Terra e/o di Tracciamento; tecniche di elaborazione utilizzate; prestazioni del radar e delle sue singole parti.
• statistiche o prestazioni di rivelazione/posizionamento o prestazioni/dimensionamento del ricevitore di radiolocalizzazione

Usualmente si chiede di rispondere oralmente alle domande, ma è possibile che venga richiesta una risposta preliminare in forma scritta a cui fa seguito una revisione e discussione orale.

METODI DI ACCERTAMENTO:

Verifica della conoscenza sul funzionamento dei payload satellitari di comunicazione e dei Radar di Osservazione della Terra e sui requisiti per la piattaforma che li ospita; verifica delle conoscenze sulla valutazione delle prestazioni di sistemi radar e di comunicazione satellitari; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare lo schema di un radio-ricevitore e radio-ricevitore per applicazioni radar e di comunicazione; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare le tecniche di elaborazione e codifica necessari; verifica della conoscenza sul funzionamento dei sistemi di localizzazione radio, con particolare attenzione ai sistemi satellitari; verifica delle conoscenze sulla valutazione delle prestazioni di sistemi di radio-localizzazione; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare di un radio-ricevitore per applicazioni di navigazione.

CRITERI DI VALUTAZIONE:

Per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (27-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30 con lode)

Modulo: COMMUNICATION AND RADAR PAYLOADS

• Dispense delle lezioni disponibili in rete sul sito web https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=15493
• Satellite Communications, Timothy Pratt, Jeremy Allnutt, JohnWiley & Sons Ltd, Third Edition, 2020
• Principles of Modern Radar, Volume 1: Basic principles, Edited by Mark A. Richards, James A. Scheer, William A. Holm, IET Editor

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D

• Giovanni Picardi: Elaborazione del Segnale Radar – Franco Angeli Libri S.r.L.

GENERALI Sono introdotti i payload satellitari di telecomunicazioni, radar e navigazione con i loro principi di funzionamento. Per ciascuno dei tre payload: (i) si approfondiscono le applicazioni con i relativi requisiti prestazionali; (ii) si analizza il sistema spaziale completo e la missione spaziale tipica al cui interno sono inseriti; (iii) si identificano i parametri di progetto principali da cui dipendono le prestazioni; (iv) si studia il legame fra i parametri principali e le prestazioni; (v) si analizzano i requisiti sulla piattaforma che li ospita, per garantirne il corretto funzionamento. Nell’ambito dei payload di telecomunicazioni, si studiano il broadcast satellitare, le connessioni dati punto-punto, i sistemi di personal communication satellitari, il trasferimento a terra dei dati di osservazione della Terra e la telemetria. Si approfondiscono le tecniche di modulazione e di codifica, i sistemi di antenna ed il loro impatto su piattaforma ed assetto, il dimensionamento della potenza. Nell’ambito dei payload radar, si studiano i radar ad apertura sintetica (SAR) per la formazione di immagini ad alta risoluzione. Si approfondiscono le tecniche di compressione di impulso e di formazione dell’antenna sintetica, i sistemi di antenna ed il loro impatto su piattaforma ed assetto, il dimensionamento della potenza. Nell’ambito dei payload di navigazione, si studiano i sistemi di navigazione satellitare globale (GNSS) per la navigazione satellitare ed i sistemi terrestri e satellitari per incrementarne le prestazioni. Si approfondiscono le forme d’onda utilizzate, le tecniche di acquisizione dei segnali e di stima di posizione, le principali sorgenti di errore e le prestazioni, i sistemi di antenna ed il dimensionamento della potenza.
SPECIFICI Conoscenza e capacità di comprensione: al termine, lo studente ha acquisito una conoscenza di base sulle tre tipologie di payload considerati e sui loro parametri principali, sui sistemi e le missioni che sono centrati su di essi. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: al termine, lo studente ha acquisito la capacità di valutare criticamente sia la scelta del payload, tramite il dimensionamento dei suoi parametri principali in funzione dei requisiti operativi (dai requisiti utente), sia la sua integrazione con la piattaforma. Inoltre, lo studente acquisisce: Autonomia di giudizio: al termine, lo studente ha maturato l’autonomia di giudizio necessaria per integrare le conoscenze sulle diverse tipologie di payload, gestirne la complessità delle tecnologie impiegate nelle diverse missioni spaziali, e valutarne le prestazioni nei diversi contesti applicativi. Abilità comunicative: al termine del corso lo studente ha acquisito la capacità di operare in un contesto fortemente multi-disciplinare interagendo con ingegneri progettisti delle strutture e delle tecnologie dell’informazione per lo spazio, con tecnici specialisti e interlocutori non specialisti. Capacità di apprendimento: al termine del corso lo studente ha sviluppato la capacità di approfondire autonomamente lo studio delle nuove tecnologie impiegate nelle future evoluzioni dei sistemi satellitari.

COMMUNICATION AND RADAR PAYLOADS
Modulo: COMMUNICATION AND RADAR PAYLOADS
Comunicazioni Satellitari (3 CFU):

• Aree di copertura delle comunicazioni satellitari per Broadcast Audio/TV, Networking, Personal communication: singoli satelliti e costellazioni in orbite GEO, MEO, LEO con i corrispondenti fasci di antenna sia larghi che ad alto guadagno. Elementi di antenne per applicazioni spaziali; sistemi di antenna per il satellite e per il segmento di terra. Requisiti di precisione del puntamento dell'antenna. Modelli semplificati per la propagazione del segnale per la comunicazione satellitare.
• Diagramma a blocchi del ricetrasmettitore di comunicazione digitale satellitare, compresa la codifica dei canali, la mappatura sulla costellazione, l'up-conversion; amplificazione e propagazione; down-conversion, decisione, e decodifica. Link budget, efficienza spettrale e Bit Error Rate. Progettazione preliminare del collegamento di comunicazione.
• Codifica di canale: distanza di Hamming, rilevamento e correzione degli errori, codici di Hamming, codici a blocchi, codici lineari, codici ciclici (CRC, BCH e R-S), codici perfetti, LPDC, codici convoluzionali e decodifica di Viterbi, codici concatenati, turbo-codici; errori a burst e interleaving. Elementi di teoria della probabilità: variabili aleatorie discrete; distribuzione di Bernoulli; valutazione del BER con Forward Error Correction.
• Richiami di teoria della probabilità. il teorema del limite centrale. Rumore termico, figura di rumore e temperatura; valutazione del Bit Error Rate per le diverse costellazioni.
• Tecniche di accesso multiplo: Multiplexing a Divisione di Frequenza, Multiplexing a Divisione di Tempo, Multiplexing a Divisione di Codice; Uso della diversità di polarizzazione.
• Codifica e trasmissione di dati di telemetria digitale da satellite/lanciatore.
• Elementi di networking satellitare

Sensori Radar Satellitari (3CFU)

• Il principio di base del radar: risoluzione della portata inclinata e risoluzione della portata al suolo per l'imaging radar e l'altimetria radar. Tempo di ripetizione dell'impulso; Ambiguità della portata del radar e sua valutazione per il radar spaziale.
• Schema a blocchi del ricetrasmettitore radar (antenne, filtri, amplificatori, distribuzione del segnale a radiofrequenza (RF), dispositivi up- e down-converter, convertitori A/D e D/A, generazione e filtraggio di forme d'onda per radar, localizzazione e comunicazione , elementi di codifica); Principio di base Elementi di progettazione del sensore e requisiti per i suoi diversi elementi costitutivi
• Tecniche di filtro abbinato e di compressione dell'impulso. La forma d'onda del cinguettio; la sua generazione e la sua compressione; controllo del lobo laterale: utilizzare per l'imaging radar e l'altimetria.
• Selezione della frequenza di ripetizione dell'impulso per l'applicazione SAR satellitare, rimozione dell'eco della linea di altitudine; Valutazione dell'ambiguità azimutale.
• Il principio dell'apertura sintetica, massima risoluzione stripmap; Modalità di acquisizione SAR: StripMap, Spotlight, ScanSAR, TOPS. Requisiti dell'antenna per le diverse modalità (dimensioni, capacità di governo elettronico/meccanico e precisione); soluzioni pratiche di antenne: antenne phased array attive vs antenne a riflettore; antenne pieghevoli, ecc... Fabbisogno di budget energetico per SAR nelle diverse modalità di acquisizione. Impatto della vibrazione dell'antenna sulla qualità e sui requisiti dell'immagine SAR.
• Requisito di downlink della velocità dei dati per le diverse modalità di acquisizione
• qualità dell'immagine radiometrica e funzionamento multilook; Noise Equivalent Sigma Zero

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D

Modulo: COMMUNICATION AND RADAR PAYLOADS

• Introduzione alle tematiche del corso e contesto, modalità di erogazione lezioni, di svolgimento esercitazioni e di valutazione. - ( 1 ora)
• Testi di riferimento: Slide della lezione disponibile in rete sul sito web
• Link budget per satelliti in LEO, MEO, GEO con fasci omnidirezionali, globali o spot - (3 ore)
• Testi di riferimento: Slide: 02_Payload_link_budget _intro
• Filtraggio del segnale: filtro adattato, funzioni di trasferimento di Nyquist per evitare Interferenza InterSimbolica (ISI) e forme a coseno rialzato - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 03_Payload_matched_filter 07_Payload_ISI
• Antenne per TLC isotrope e direzionali: lineari, ad apertura e a phased array - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 05_Payload_2024_linkbudget_core_v2 06_Payload_2024_Global_Scheme
• Transmissioni digitali di banda Base e Banda Traslata con le Modulazioni: M-PAM, MQAM, PSK and APSK: mapping/demapping, pulse shaping, up/down-conversion with I&Q mod/demodulator. - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 05_Payload_2024_linkbudget_core_v2 06_Payload_2024_Global_Scheme
• Rumore termico, rumore del cielo, ricevitore e impatto delle condizioni meteorologiche - (2 ore)
• Testi di riferimento: Slide:02_Payload_link_budget
• Bit Error Rate (BER) of M-PAM, MQAM, PSK and APSK - (2 ore)
• Testi di riferimento: Slide:08_Payload_BER
• Codifica di sorgente e di canale e BER con codifica di canale - (5 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 11_Payload_Coding 13_Payload_Shannon
• Collegamento GEO per Digital Video Broadcast e trasponder - (2 ore)
• Testi di riferimento: slide:09_Payloads_2024_Transponder
• Payload of Internet Satellites in GEO and LEO - (1 ora)
• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Internet
• Costellazioni LEO per internet/personal communication - (2 ore)
• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Interne
• Il collegamento di TT&C data link e le sue caratteristiche - (1 ora)
• Testi di riferimento: slide:14_TT&C
• Principio di funzionamento del radar impulsato, radar cross section, link budget, blind range. Risoluzione in range ed in gound-range. Necessità di impulsi lunghi comprimibili - (3 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 21_Payload_2024_Radar_fundamentals
• Compressione di impulso: codici di fase, Barker, Chirp, codici Frank, P3 e P4 - (6 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 22_Radar_pulse_compression
• Integrazione coerente di impulsi e risoluzione in frequenza Doppler - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 23_Satellite_RADAR24
• Radar Imaging: La risoluzione in azimuth del Radar ad apertura reale (RAR) ed il Radar ad Aperura Sintetica (SAR) - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 24_SAR_fundamentals.pdf 25_SAR_quality_parameters
• Costellazioni di SAR - (2 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 26_SAR_constellations
• Radar Altimetry & Sounding -(2 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 27_Radar_Altimetry_and_Sounding
• Il radar di tracking per lanciatori e debris - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 28_Payload_2024_Radar_tracking

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D

SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
Modulo: COMMUNICATION AND RADAR PAYLOADS
Comunicazioni Satellitari (3 CFU):

• Aree di copertura delle comunicazioni satellitari per Broadcast Audio/TV, Networking, Personal communication: singoli satelliti e costellazioni in orbite GEO, MEO, LEO con i corrispondenti fasci di antenna sia larghi che ad alto guadagno. Elementi di antenne per applicazioni spaziali; sistemi di antenna per il satellite e per il segmento di terra. Requisiti di precisione del puntamento dell'antenna. Modelli semplificati per la propagazione del segnale per la comunicazione satellitare.
• Diagramma a blocchi del ricetrasmettitore di comunicazione digitale satellitare, compresa la codifica dei canali, la mappatura sulla costellazione, l'up-conversion; amplificazione e propagazione; down-conversion, decisione, e decodifica. Link budget, efficienza spettrale e Bit Error Rate. Progettazione preliminare del collegamento di comunicazione.
• Codifica di canale: distanza di Hamming, rilevamento e correzione degli errori, codici di Hamming, codici a blocchi, codici lineari, codici ciclici (CRC, BCH e R-S), codici perfetti, LPDC, codici convoluzionali e decodifica di Viterbi, codici concatenati, turbo-codici; errori a burst e interleaving. Elementi di teoria della probabilità: variabili aleatorie discrete; distribuzione di Bernoulli; valutazione del BER con Forward Error Correction.
• Richiami di teoria della probabilità. il teorema del limite centrale. Rumore termico, figura di rumore e temperatura; valutazione del Bit Error Rate per le diverse costellazioni.
• Tecniche di accesso multiplo: Multiplexing a Divisione di Frequenza, Multiplexing a Divisione di Tempo, Multiplexing a Divisione di Codice; Uso della diversità di polarizzazione.
• Codifica e trasmissione di dati di telemetria digitale da satellite/lanciatore.
• Elementi di networking satellitare

Sensori Radar Satellitari (3CFU)

• Il principio di base del radar: risoluzione della portata inclinata e risoluzione della portata al suolo per l'imaging radar e l'altimetria radar. Tempo di ripetizione dell'impulso; Ambiguità della portata del radar e sua valutazione per il radar spaziale.
• Schema a blocchi del ricetrasmettitore radar (antenne, filtri, amplificatori, distribuzione del segnale a radiofrequenza (RF), dispositivi up- e down-converter, convertitori A/D e D/A, generazione e filtraggio di forme d'onda per radar, localizzazione e comunicazione , elementi di codifica); Principio di base Elementi di progettazione del sensore e requisiti per i suoi diversi elementi costitutivi
• Tecniche di filtro abbinato e di compressione dell'impulso. La forma d'onda del cinguettio; la sua generazione e la sua compressione; controllo del lobo laterale: utilizzare per l'imaging radar e l'altimetria.
• Selezione della frequenza di ripetizione dell'impulso per l'applicazione SAR satellitare, rimozione dell'eco della linea di altitudine; Valutazione dell'ambiguità azimutale.
• Il principio dell'apertura sintetica, massima risoluzione stripmap; Modalità di acquisizione SAR: StripMap, Spotlight, ScanSAR, TOPS. Requisiti dell'antenna per le diverse modalità (dimensioni, capacità di governo elettronico/meccanico e precisione); soluzioni pratiche di antenne: antenne phased array attive vs antenne a riflettore; antenne pieghevoli, ecc... Fabbisogno di budget energetico per SAR nelle diverse modalità di acquisizione. Impatto della vibrazione dell'antenna sulla qualità e sui requisiti dell'immagine SAR.
• Requisito di downlink della velocità dei dati per le diverse modalità di acquisizione
• qualità dell'immagine radiometrica e funzionamento multilook; Noise Equivalent Sigma Zero

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D

Modulo: COMMUNICATION AND RADAR PAYLOADS

• Introduzione alle tematiche del corso e contesto, modalità di erogazione lezioni, di svolgimento esercitazioni e di valutazione. - ( 1 ora)
• Testi di riferimento: Slide della lezione disponibile in rete sul sito web
• Link budget per satelliti in LEO, MEO, GEO con fasci omnidirezionali, globali o spot - (3 ore)
• Testi di riferimento: Slide: 02_Payload_link_budget _intro
• Filtraggio del segnale: filtro adattato, funzioni di trasferimento di Nyquist per evitare Interferenza InterSimbolica (ISI) e forme a coseno rialzato - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 03_Payload_matched_filter 07_Payload_ISI
• Antenne per TLC isotrope e direzionali: lineari, ad apertura e a phased array - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 05_Payload_2024_linkbudget_core_v2 06_Payload_2024_Global_Scheme
• Transmissioni digitali di banda Base e Banda Traslata con le Modulazioni: M-PAM, MQAM, PSK and APSK: mapping/demapping, pulse shaping, up/down-conversion with I&Q mod/demodulator. - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 05_Payload_2024_linkbudget_core_v2 06_Payload_2024_Global_Scheme
• Rumore termico, rumore del cielo, ricevitore e impatto delle condizioni meteorologiche - (2 ore)
• Testi di riferimento: Slide:02_Payload_link_budget
• Bit Error Rate (BER) of M-PAM, MQAM, PSK and APSK - (2 ore)
• Testi di riferimento: Slide:08_Payload_BER
• Codifica di sorgente e di canale e BER con codifica di canale - (5 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 11_Payload_Coding 13_Payload_Shannon
• Collegamento GEO per Digital Video Broadcast e trasponder - (2 ore)
• Testi di riferimento: slide:09_Payloads_2024_Transponder
• Payload of Internet Satellites in GEO and LEO - (1 ora)
• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Internet
• Costellazioni LEO per internet/personal communication - (2 ore)
• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Interne
• Il collegamento di TT&C data link e le sue caratteristiche - (1 ora)
• Testi di riferimento: slide:14_TT&C
• Principio di funzionamento del radar impulsato, radar cross section, link budget, blind range. Risoluzione in range ed in gound-range. Necessità di impulsi lunghi comprimibili - (3 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 21_Payload_2024_Radar_fundamentals
• Compressione di impulso: codici di fase, Barker, Chirp, codici Frank, P3 e P4 - (6 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 22_Radar_pulse_compression
• Integrazione coerente di impulsi e risoluzione in frequenza Doppler - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 23_Satellite_RADAR24
• Radar Imaging: La risoluzione in azimuth del Radar ad apertura reale (RAR) ed il Radar ad Aperura Sintetica (SAR) - (8 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 24_SAR_fundamentals.pdf 25_SAR_quality_parameters
• Costellazioni di SAR - (2 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 26_SAR_constellations
• Radar Altimetry & Sounding -(2 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 27_Radar_Altimetry_and_Sounding
• Il radar di tracking per lanciatori e debris - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 28_Payload_2024_Radar_tracking

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D

COMMUNICATION AND RADAR PAYLOADS
STRUMENTI DI ACCERTAMENTO:

La prova scritta, della durata di 3 ore (30% del voto finale) consiste di:

• 1 esercizio sul dimensionamento di un collegamento di TLC satellitare, inclusivo di caratteristiche del payload di bordo, della stazione di terra e delle tecniche di codifica/trattamento dei segnali/dati necessari
• 1 esercizio sul dimensionamento di massima di un radar di osservazione della Terra, inclusivo di caratteristiche del payload di bordo e delle tecniche di codifica/trattamento dei segnali/dati necessari.
• 1 esercizio sulle tecniche e/o prestazioni di posizionamento (navigazione satellitare) o su forme d’onda utilizzate o porzioni del sistema di posizionamento

La prova scritta si considera superata se almeno due dei tre esercizi sono svolti in modo molto buono.

E' possibile sostituire la prova (i) con lo svolgimento di prove di dimensionamento parziale svolte durante il corso delle lezioni sulla piattaforma Sapienza di e-learning.

La prova orale (70% del voto finale) consiste di tre domande su:

• caratteristiche del payload di Telecomunicazioni, delle tecniche di elaborazione e codifica necessarie e delle prestazioni delle singole parti
• funzionamento e caratteristiche del Radar di Osservazione della Terra e/o di Tracciamento; tecniche di elaborazione utilizzate; prestazioni del radar e delle sue singole parti.
• statistiche o prestazioni di rivelazione/posizionamento o prestazioni/dimensionamento del ricevitore di radiolocalizzazione

Usualmente si chiede di rispondere oralmente alle domande, ma è possibile che venga richiesta una risposta preliminare in forma scritta a cui fa seguito una revisione e discussione orale.

METODI DI ACCERTAMENTO:

Verifica della conoscenza sul funzionamento dei payload satellitari di comunicazione e dei Radar di Osservazione della Terra e sui requisiti per la piattaforma che li ospita; verifica delle conoscenze sulla valutazione delle prestazioni di sistemi radar e di comunicazione satellitari; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare lo schema di un radio-ricevitore e radio-ricevitore per applicazioni radar e di comunicazione; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare le tecniche di elaborazione e codifica necessari; verifica della conoscenza sul funzionamento dei sistemi di localizzazione radio, con particolare attenzione ai sistemi satellitari; verifica delle conoscenze sulla valutazione delle prestazioni di sistemi di radio-localizzazione; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare di un radio-ricevitore per applicazioni di navigazione.

CRITERI DI VALUTAZIONE:

Per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (27-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30 con lode)

SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
STRUMENTI DI ACCERTAMENTO:

La prova scritta, della durata di 3 ore (30% del voto finale) consiste di:

• 1 esercizio sul dimensionamento di un collegamento di TLC satellitare, inclusivo di caratteristiche del payload di bordo, della stazione di terra e delle tecniche di codifica/trattamento dei segnali/dati necessari
• 1 esercizio sul dimensionamento di massima di un radar di osservazione della Terra, inclusivo di caratteristiche del payload di bordo e delle tecniche di codifica/trattamento dei segnali/dati necessari.
• 1 esercizio sulle tecniche e/o prestazioni di posizionamento (navigazione satellitare) o su forme d’onda utilizzate o porzioni del sistema di posizionamento

La prova scritta si considera superata se almeno due dei tre esercizi sono svolti in modo molto buono.

E' possibile sostituire la prova (i) con lo svolgimento di prove di dimensionamento parziale svolte durante il corso delle lezioni sulla piattaforma Sapienza di e-learning.

La prova orale (70% del voto finale) consiste di tre domande su:

• caratteristiche del payload di Telecomunicazioni, delle tecniche di elaborazione e codifica necessarie e delle prestazioni delle singole parti
• funzionamento e caratteristiche del Radar di Osservazione della Terra e/o di Tracciamento; tecniche di elaborazione utilizzate; prestazioni del radar e delle sue singole parti.
• statistiche o prestazioni di rivelazione/posizionamento o prestazioni/dimensionamento del ricevitore di radiolocalizzazione

Usualmente si chiede di rispondere oralmente alle domande, ma è possibile che venga richiesta una risposta preliminare in forma scritta a cui fa seguito una revisione e discussione orale.

METODI DI ACCERTAMENTO:

Verifica della conoscenza sul funzionamento dei payload satellitari di comunicazione e dei Radar di Osservazione della Terra e sui requisiti per la piattaforma che li ospita; verifica delle conoscenze sulla valutazione delle prestazioni di sistemi radar e di comunicazione satellitari; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare lo schema di un radio-ricevitore e radio-ricevitore per applicazioni radar e di comunicazione; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare le tecniche di elaborazione e codifica necessari; verifica della conoscenza sul funzionamento dei sistemi di localizzazione radio, con particolare attenzione ai sistemi satellitari; verifica delle conoscenze sulla valutazione delle prestazioni di sistemi di radio-localizzazione; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare di un radio-ricevitore per applicazioni di navigazione.

CRITERI DI VALUTAZIONE:

Per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (27-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30 con lode)

COMMUNICATION AND RADAR PAYLOADS
Modulo: COMMUNICATION AND RADAR PAYLOADS

• Dispense delle lezioni disponibili in rete sul sito web https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=15493
• Satellite Communications, Timothy Pratt, Jeremy Allnutt, JohnWiley & Sons Ltd, Third Edition, 2020
• Principles of Modern Radar, Volume 1: Basic principles, Edited by Mark A. Richards, James A. Scheer, William A. Holm, IET Editor

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D

• Giovanni Picardi: Elaborazione del Segnale Radar – Franco Angeli Libri S.r.L.

SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
Modulo: COMMUNICATION AND RADAR PAYLOADS

• Dispense delle lezioni disponibili in rete sul sito web https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=15493
• Satellite Communications, Timothy Pratt, Jeremy Allnutt, JohnWiley & Sons Ltd, Third Edition, 2020
• Principles of Modern Radar, Volume 1: Basic principles, Edited by Mark A. Richards, James A. Scheer, William A. Holm, IET Editor

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D

• Giovanni Picardi: Elaborazione del Segnale Radar – Franco Angeli Libri S.r.L.

Fornire le conoscenze di base sul progetto di missioni spaziali e sui sistemi di navigazione e di controllo d’assetto di satelliti e sonde spaziali. Capacità di dimensionare e progettare semplici sistemi di determinazione e di controllo dell’orbita e dell’assetto di satelliti e sonde spaziali. Conoscenza dello sviluppo e delle operazioni di missioni spaziali.

1. Missioni spaziali: una panoramica

• Principali categorie di missioni
• Lander, rover, sonde atmosferiche e aerobot
• Missioni per l'esplorazione planetaria: veicoli spaziali per fly-by e orbiter
• Fondamenti di ingegneria dei sistemi spaziali. Fasi di una missione spaziale e principali tappe fondamentali (review).

2. Sistemi dinamici e determinazione dell'orbita:

• Concetti introduttivi
• Linearizzazione delle equazioni del moto ed equazioni di osservazione
• La soluzione ai minimi quadrati
• Equazioni della dinamica linearizzata: matrice di transizione di stato, proprietà ed esempi (traiettorie free return dalla Luna)
• Significatività statistica della soluzione dei minimi quadrati: matrice di covarianza e sua propagazione
• Soluzioni ai minimi quadrati pesati
• Soluzione ai minimi quadrati con informazione a priori
• Informazioni a priori come osservazioni aggiuntive. Stimatore a varianza minima. Stimatore a minima varianza con informazione a priori.
• Stima sequenziale: filtro di Kalman e filtro di Kalman esteso.
• Confronto tra stima batch e sequenziale.
• Il problema del fly-by e l'ellissoide di incertezza
• Metodi square root. Trasformazione di Householder. Filtro SRIF.

3. Determinazione e controllo d’assetto:

• L'algoritmo TRIAD
• Il problema Wahba. L’algoritmo QUEST
• Stelle e tipi stellari
• Sensori stellari, sensori terrestri, sensori solari
• Giroscopi a fibra ottica, giroscopi a risonatore emisferico
• Modello d'errore di Farrenkopf
• Errori d’assetto: APE, AME, RPE
• Richiami sui quaternioni e sulle loro proprietà
• Controllo d’assetto: introduzione
• Le equazioni di Eulero linearizzate e la stabilizzazione del gradiente di gravità. Il caso di un cavo spaziale
• Analisi di un sistema LTI con trasformata di Laplace.
• Controllo bang-bang di un asse e controllo PID di un veicolo spaziale sottoposto a disturbi impulsivi e costanti
• Controllo PD di un asse
• Manovre di desaturazione delle ruote. Analisi dello stato spaziale di un satellite triassiale in orbita circolare
• Stabilità del satellite triassiale: analisi del dominio di Laplace
• Dinamica del beccheggio di un satellite triassiale in orbita terrestre sottoposto a coppia esterna costante
• Dinamica di un satellite triassiale sottoposto a gradiente di gravità e disturbi costanti negli assi di rollio e imbardata
• Controllo dell'assetto con magneto-torquers. Controllo del passo di un satellite in orbita circolare.
• Sistema di controllo completo RWA
• Caso di studio: controllo dell'assetto di Cassini durante il fly-by di Encelado

4. Osservabili per la determinazione dell'orbita e sistemi radiometrici:

• Introduzione alle telecomunicazioni spaziali, antenne paraboliche (fuoco primario, Cassegrain). Un modello semplice per il guadagno dell'antenna. Link budget.
• Demodulazione coerente: una semplice esercitazione in Matlab. Bit rate e bit error rate.
• Antenne beam-waveguide. Architettura e funzioni di una stazione di terra.
• Modello matematico del segnale del veicolo spaziale. Tracciamento del segnale tramite PLL. Misurazioni Doppler. Misure di distanza e angolari

5. Tempo, orologi e sistemi di riferimento:

• Scale temporali e relatività della simultaneità, concetti di relatività ristretta, metrica di Schwarzschild.
• Definizione dinamica e cinematica dei sistemi di riferimento: WGS84 e ITRF

6. Relatività e sistemi di navigazione satellitare globale:

• Principi di base dei Global Navigation Satellite Systems (GNSS).
• Tempo, relatività e GNSS

La valutazione è composta da 2-3 prove in itinere da svolgere a casa (opzionali), una prova a risposta multipla (in alcuni casi - vedi sotto) e un esame orale.

Per gli studenti che hanno superato le prove in itinere, l'esame consiste in un colloquio di circa 30 minuti. Per gli altri studenti, la prova orale consiste in un esame approfondito di durata variabile su tutto il programma.

Il giorno dell'orale, tutti gli studenti che NON abbiano svolto con successo almeno due prove in itinere dovranno superare preliminarmente una prova a risposta multipla, della durata 20 minuti minuti, composta da 15 domande. A ciascuno studente verrà notificato al momento l'esito della prova ed il massimo voto raggiungibile all'esame. Gli studenti potranno quindi decidere se presentarsi o meno all'orale. Per dettagli sul raggiungimento della soglia e del voto massimo, si veda il sito web del docente:

https://sites.google.com/uniroma1.it/radioscience/teaching/space-missions-and-systems/exams-as-sms?authuser=0

Tapley, Schutz, Born: Statistical Orbit Determination, Elsevier (2004)

Sidi: Spacecraft Dynamics and Control, Cambridge (1997)

Trasparenze e materiale aggiuntivo verranno distribuiti durante il corso attraverso il sito web del docente (radioscience.dima.uniroma1.it).

Definire il ruolo delle strutture spaziali nell'ambito dei sistemi spaziali (es. satelliti, lanciatori). Descrivere l'environment meccanico delle missioni spaziali. Fornire gli elementi fondamentali per l'analisi statica e dinamica di strutture spaziali. Descrivere ed analizzare il comportamento delle strutture spaziali a guscio e delle strutture laminate in materiale composito. Acquisire i principi di base del Metodo degli Elementi Finiti, della sua applicazione e dell'impiego di programmi di calcolo basati sul metodo stesso. Introdurre la progettazione delle strutture spaziali nel contesto della progettazione dei sistemi spaziali del loro sviluppo dalla concezione alla fase operativa fino al loro smaltimento ad evitare la produzione di debris spaziale.

• Funzioni e proprietà delle strutture spaziali e dei relativi materiali
• Introduzione alle missioni ed ai sistemi spaziali
• Progettazione e analisi delle strutture spaziali
• Metodo degli elementi finiti
• Teoria della piastra
• Analisi di strutture in materiale composito
• Analisi termica delle strutture

L' esame finale sarà una prova orale riguardante il programma svolto. Durante il corso gli studenti svolgeranno prove pratiche riguardanti:

• Teamwork sul design preliminare di una missione spaziale e relativo spacecraft
• Esercitazione sulle proprietà meccaniche e termiche dei materiali di interesse aerospaziale
• Esercitazione sulla progettazione di un componente di un lanciatore
• Esercitazione sulla progettazione di un componente di un satellite
• Esercitazione sul metodo degli elementi finiti
• Esercitazione sul laminato composito

Note delle lezioni fornite dal docente

The course aims at developing the fundamental engineering aspects of orbital and attitude dynamics of rigid spacecraft, starting from ideal conditions (Keplerian motion and free-spinning spacecraft), then including relevant practical aspects, such as the effects of perturbing and control force and torques, up to the determination of control and maneuver strategies in response of mission requirements. At the end of the course, the student is expected 1) to understand the most relevant aspects of spacecraft dynamic behavior; 2) to solve problems which requires the determination of orbit features, orbital maneuvers or characterize attitude motion of a rigid spacecraft.

1. Elementi di geometria e calcolo vettoriale (2 ore). Derivata temporale di un vettore, teorema del trasporto, rotazioni elementari, rotazioni composte.

2. Traiettorie kepleriane (14 ore). Principi fondamentali, problema dei due corpi, potenziale gravitazionale, integrali primi, posizione e velocità, energia specifica, posizione nel tempo, traiettorie kepleriane particolari, classificazione generale delle orbite kepleriane, rappresentazioni in tre dimensioni, traccia a terra, esercizi [codocente].

3. Trasferimenti orbitali impulsivi (10 ore). Approssimazione di spinta impulsive, effetto degli impulsi di velocità, trasferimenti globalmente ottimi tra orbite circolari complanari, trasferimenti orbitali tridimensionali, trasferimenti globalmente ottimi da orbita ellittica a traiettoria iperbolica, esercizi [codocente].

4. Traiettorie interplanetarie [codocente] (14 ore). Introduzione, sfere di influenza, condizioni di fasamento nelle missioni interplanetarie, flyby planetario, esercizi.

5. Moto orbitale in presenza di molteplici corpi attrattori (6 ore). Introduzione, problema degli N corpi, problema dei due corpi, problema dei tre corpi circolare ristretto (equazioni del moto, integrale di Jacobi, superfici e curve di zero velocità, punti di librazione).

6. Elementi di dinamica dei veicoli di lancio [codocente] (6 ore). Legge di Newton con propulsione, stadiazione, stadiazione ottima, traiettoria di ascesa di un veicolo di lancio.

7. Moto orbitale relativo (6 ore). Introduzione, equazioni del moto orbitale relativo, soluzione generale (moto naturale), soluzioni particolari, esercizi.

8. Perturbazioni orbitali (10 ore). Introduzione, equazioni planetarie di Lagrange (nella forma di Gauss), resistenza aerodinamica, pressione di radiazione solare, armoniche gravitazionali terrestri, armonica J2 (schiacciamento polare), perturbazione gravitazionale di terzo corpo, esercizi.

9. Cinematica del corpo rigido (8 ore). Modello di corpo rigido per i veicoli spaziali, matrice di rotazione (o dei coseni direttori), sequenze di angoli, asse ed angolo principale, parametri di Eulero (quaternioni), confronto tra parametri di Eulero e sequenze di angoli, esercizi.

10. Complementi di meccanica newtoniana (2 ore). Sistemi di masse puntiformi, sistemi continui.

11. Elementi di dinamica d'assetto (12 ore). Introduzione alla dinamica d'assetto dei corpi rigidi (momento angolare, matrice d'inerzia, assi principali d'inerzia, teorema dell'asse parallelo, equazioni di Eulero, energia cinetica), moto d'assetto in assenza di coppie esterne (corpi assialsimmetrici, corpo rigido generico, stabilità dello spin puro, integrali di energia e momento, nutazione dei corpi assialsimmetrici), manovre d'assetto dei satelliti con spin, esercizi.

• Elementi

di geometria e calcolo vettoriale

• Testi di riferimento: 1. Dispense del docente,

https://corsidilaurea.uniroma1.it/user/34177 2. H.

Schaub, J. Junkins, Analytical Mechanics of Space Systems, AIAA Education

Series, 2003

• Traiettorie

kepleriane

• Testi di riferimento: 1. Dispense del docente, https://corsidilaurea.uniroma1.it/user/34177 2. Prussing

J.E., Conway B.A., Orbital Mechanics, Oxford University Press, 2012 3. Curtis H.D., Orbital Mechanics for

Engineering Students, Elsevier, 2010

• Trasferimenti

orbitali impulsivi

• Testi di riferimento: 1. Dispense del docente, https://corsidilaurea.uniroma1.it/user/34177 2. Prussing J.E., Conway B.A., Orbital Mechanics, Oxford University Press, 2012 3. Curtis H.D., Orbital Mechanics for Engineering Students, Elsevier, 2010
• Traiettorie

interplanetarie

• Testi di riferimento: 1. Dispense del docente, https://corsidilaurea.uniroma1.it/user/34177 2. Prussing J.E., Conway B.A., Orbital Mechanics, Oxford University Press, 2012 3. Curtis H.D., Orbital Mechanics for Engineering Students, Elsevier, 2010
• Moto

orbitale in presenza di molteplici corpi attrattori

• Testi di riferimento: 1. Dispense del docente, https://corsidilaurea.uniroma1.it/user/34177 2. Prussing J.E., Conway B.A., Orbital Mechanics, Oxford University Press, 2012
• Elementi

di dinamica dei veicoli di lancio

• Testi di riferimento: 1. Dispense del docente, https://corsidilaurea.uniroma1.it/user/34177 2. Prussing J.E., Conway B.A., Orbital Mechanics, Oxford University Press, 2012
• Moto

orbitale relativo

• Testi di riferimento: 1. Dispense del docente, https://corsidilaurea.uniroma1.it/user/34177 2. Prussing J.E., Conway B.A., Orbital Mechanics, Oxford University Press, 2012 3. Curtis H.D., Orbital Mechanics for Engineering Students, Elsevier, 2010
• Perturbazioni

orbitali

• Testi di riferimento: 1. Dispense del docente, https://corsidilaurea.uniroma1.it/user/34177 2. Curtis H.D., Orbital Mechanics for Engineering Students, Elsevier, 2010
• Cinematica

del corpo rigido

• Testi di riferimento: 1. Dispense del docente, https://corsidilaurea.uniroma1.it/user/34177 2. H. Schaub, J. Junkins, Analytical Mechanics of Space Systems, AIAA Education Series, 2003
• Complementi

di meccanica newtoniana

• Testi di riferimento: 1. Dispense del docente, https://corsidilaurea.uniroma1.it/user/34177 2. H. Schaub, J. Junkins, Analytical Mechanics of Space Systems, AIAA Education Series, 2003
• Elementi

di dinamica d'assetto

• Testi di riferimento: 1. Dispense del docente, https://corsidilaurea.uniroma1.it/user/34177 2. H. Schaub, J. Junkins, Analytical Mechanics of Space Systems, AIAA Education Series, 20033. A.

H. de Ruiter, C. Damaren, J. R. Forbes, Spacecraft Dynamics and Control: an

Introduction, Wiley, 2013

RISULTATI DI APPRENDIMENTO PREVISTI

Conoscenza delle diverse tipologie di traiettorie kepleriane e delle quantità fisiche fondamentali ad esse connesse, conoscenza dell'evoluzione temporale di posizione e velocità e capacità di identificare posizione e velocità di un veicolo spaziale che descrive una traiettoria kepleriana, conoscenza e capacità di identificare i trasferimenti orbitali impulsivi più convenienti, conoscenza delle principali peturbazioni orbitali, capacità di stimare l'effetto delle perturbazioni orbitali, conoscenza del moto orbitale relativo e capacità di impiegare le equazioni del moto relativo a semplici problemi di rendezvous impulsivo, conoscenza del concetto di sfera di influenza, capacità di applicare la tecnica delle coniche raccordate per l'analisi preliminare delle missioni interplanetarie, conoscenza del problema circolare ristretto dei tre corpi e delle relative proprietà dinamiche, conoscenza della legge di Newton con propulsione e della legge di Tsiolkovsky e capacità di calcolare il consumo di propellente di un veicolo, conoscenza della tecnica della stadiazione dei veicoli di lancio e del relativo problema di ottimizzazione, conoscenza della meccanica newtoniana dei sistemi di particelle e dei sistemi continui, conoscenza di alcune rappresentazioni dell'orientamento di un corpo rigido e delle relative equazioni cinematiche, capacità di relazionare due distinte rappresentazioni, conoscenza delle equazioni dinamiche del moto d'assetto di un corpo rigido e capacità di applicarle ad un satellite assialsimmetrico, conoscenza delle condizioni di equilibrio di assetto e della relativa stabilità, conoscenza degli integrali di energia e momento angolare, conoscenza del fenomeno della nutazione dei satelliti assialsimmetrici e capacità di applicazione allo studio del moto d'assetto.

STRUMENTI DI ACCERTAMENTO

Lo studente deve dimostrare (a) di aver compreso le tematiche fondamentali del corso e (b) la capacità di applicare le conoscenze acquisite in riferimento ai problemi applicativi tipici della meccanica del volo spaziale.

La valutazione si basa sullo svolgimento di 2 prove scritte (al termine del corso):

1. Prova scritta teorica (appunti e libri non consentiti), includente 4 domande teoriche. Tempo di svolgimento: 1.5 ore

2. Prova scritta numerica (appunti e libri consentiti), includente 3 esercizi (2 focalizzati sulla dinamica orbitale, 1 sulla dinamica d'assetto). Tempo di svolgimento: 2 ore

La valutazione (in trentesimi) segue il seguente criterio: conoscenza e capacità di applicazione sufficienti (valutazione 18-20); conoscenza e capacità di applicazione medie (valutazione 21-24); conoscenza e capacità di applicazione buone (valutazione tra 25-28); conoscenza e capacità di applicazione ottime o eccellenti (valutazione da 29 a 30 e Lode).

METODI DI ACCERTAMENTO

• verifica della conoscenza delle diverse tipologie di traiettorie kepleriane e delle quantità fisiche fondamentali ad esse connesse
• verifica della capacità di identificare posizione e velocità di un veicolo spaziale che descrive una traiettoria kepleriana
• verifica della capacità di identificare i trasferimenti orbitali impulsivi più convenienti
• verifica della conoscenza delle principali peturbazioni orbitali e della capacità di stimarne l'effetto
• verifica della conoscenza del moto orbitale relativo e della capacità di impiegare le rispettive equazioni a semplici problemi di rendezvous impulsivo
• verifica della conoscenza del concetto di sfera di influenza
• verifica della capacità di applicare la tecnica delle coniche raccordate per l'analisi preliminare delle missioni interplanetarie
• verifica della conoscenza del problema circolare ristretto dei tre corpi e delle relative proprietà dinamiche
• verifica della conoscenza della legge di Newton con propulsione e della legge di Tsiolkovsky e della capacità di calcolare il consumo di propellente di un veicolo
• verifica della conoscenza della tecnica della stadiazione dei veicoli di lancio e del relativo problema di ottimizzazione
• verifica della conoscenza della meccanica newtoniana dei sistemi di particelle e dei sistemi continui
• verifica della conoscenza di alcune rappresentazioni dell'orientamento di un corpo rigido e delle relative equazioni cinematiche
• verifica della capacità di relazionare due distinte rappresentazioni dell'orientamento
• verifica della conoscenza delle equazioni dinamiche del moto d'assetto di un corpo rigido e della capacità di applicarle allo studio del moto d'assetto di un satellite assialsimmetrico
• verifica della conoscenza delle condizioni di equilibrio di assetto e della relativa stabilità per corpi generici
• verifica della conoscenza degli integrali di energia e momento angolare
• verifica della conoscenza del fenomeno della nutazione dei satelliti assialsimmetrici e della capacità di applicazione allo studio del moto d'assetto

1. Prussing J.E., Conway B.A., Orbital Mechanics, Oxford University Press, 2012

2. Curtis H.D., Orbital Mechanics for Engineering Students, Elsevier, 2010

3. H. Schaub, J. Junkins, Analytical Mechanics of Space Systems, AIAA Education Series, 2003

4. A. H. de Ruiter, C. Damaren, J. R. Forbes, Spacecraft Dynamics and Control: an Introduction, Wiley, 2013

5. Dispense del docente, https://corsidilaurea.uniroma1.it/user/34177

After this course, the student will be able to:

• Know the different types of gossamer structures
• Understand pros and cons of using specific gossamer structure for a mission
• Select materials based on project requirements and operative environment to realize a large structure
• Understand the rational manufacturing techniques to realize gossamer structures
• Know and understand the deployable technological solutions including kirigami and origami techniques
• Know and understand the current state-of-art of manufacturing processes for ISRU
• Understand the principles to design habitats on Moon and Mars
• Understand how to realize a space suit
• Understand how to apply nanotechnology for space applications

Conoscenza e capacità di comprensione

• Spiegare i principi della nanotecnologia aerospaziale e classificare nanomateriali (CNT, grafene, MXene, ecc.) rispetto a requisiti di missione.
• Descrivere relazioni struttura–processo–prestazioni in nanocompositi polimerici e in strutture gossamer dispiegabili.
• Illustrare processi ISRU e la natura/uso di regolite e simulanti per habitat lunari/marziani.
• Discutere materiali e strategie di protezione dalle radiazioni, incluse soluzioni ibride e multifunzionali.

2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione

• Progettare e fabbricare (lab didattico) nanocompositi con CNT/grafene, analizzando dispersione, reologia e cinetica di reticolazione e correlando i parametri di processo alle prestazioni.
• Sviluppare modelli analitici per avvolgimento/impacchettamento/dispiegamento e predire snap-through (equal/opposite sense), coppie e stabilità di tape-springs/booms.

3) Autonomia di giudizio

• Valutare criticamente compromessi tra funzionalizzazione covalente/non-covalente, proprietà interfaccia e integrità strutturale.
• Selezionare e giustificare materiali/processi alla luce di vincoli operativi (vuoto, T°, radiazioni, outgassing) e stimare incertezza e rischi di progetto/dispiegamento.
• Confrontare route ISRU alternative tramite metriche tecniche (prestazioni, massa, energia) ed elementi di sostenibilità/logistica.

4) Abilità comunicative

• Redigere report tecnici e presentare (pitch) progetti con uso di dati sperimentali/simulativi, grafici per interlocutori tecnici e non.
• Collaborare in team multidisciplinari, argomentando scelte progettuali e recependo feedback (peer review) con terminologia tecnica corretta.

5) Capacità di apprendimento

Ricercare e sintetizzare letteratura scientifico-tecnica e standard/TRL pertinenti, aggiornando autonomamente conoscenze su materiali, metodi e normative.

Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES
Introduzione al concetto di nanotecnologia. Descrizione dei vari tipi di nanomateriali per applicazioni aerospaziali. Funzionalizzazione dei nanotubi di carbonio (CNTs): metodi covalenti e non covalenti. Polimeri rinforzati con CNTs e grafene: fabbricazione di materiali nanocompositi, effetti di nanofillers su aspetti di processo (dispersione, reologia, cinetica). Nuovi materiali per missioni interplanetarie. Relazioni tra struttura-processo-prestazioni: la progettazione strutturale. Caratterizzazione meccanica ed ambientale di materiali e strutture aerospaziali.

Definizione, obiettivi e tipi di strutture gossamer. Materiali, produzione e soluzioni tecnologiche per strutture dispiegabili in materiali compositi ultraleggeri. Soluzioni tecnologiche per il dispiegamento di strutture gossamer Modelli analitici di avvolgimento, impacchettamento e dispiegamento di strutture a nastro. Modello analitico di stabilizzazione snap-through in equal sense e opposite sense.

Tecnologie ISMA (In Space Manufacturing) e tecniche di produzione per l'ISRU (In Situ Resource Utilization). Tecniche di additive manufacturing nello spazio. Definizione di regolite e simulanti della regolite lunare e marziana. Proprietà meccaniche e di schermatura alle radiazioni dei materiali compositi a base di regolite. Processi e tecniche attualmente sviluppate e in corso di studio. Progettazione di habitat umani sulla Luna e su Marte secondo i programmi spaziali internazionali attuali.

Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES

• Introduzione alla nanotecnologia aerospaziale; classi di nanomateriali e proprietà chiave
• Testi di riferimento: dispense del docente
• CNTs & Grafene: funzionalizzazione e interfacce
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Fabbricazione di nanocompositi e aspetti di processo
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Strutture Gossamer: definizione, obiettivi, tipologie
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Materiali e produzione per gossamer
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Modelli analitici: avvolgimento/impacchettamento/dispiegamento
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Snap-through e stabilizzazione (equal sense vs opposite sense)
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente
• ISMA e ISRU: processi e tecniche;
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Tecniche di additive manufacturing in Space
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente

Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

per il I modulo:

La valutazione della preparazione dello studente consta di domande orali a risposta aperta che vertono su argomenti trattati nel corso. Le stesse domande possono anche essere fatte per iscritto. La valutazione della prova orale costituisce il 85% della valutazione finale.La valutazione sarà effettuata per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (26-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30).

Prima dell'esame, entro la data stabilita dal docente, è richiesta la consegna di un elaborato finale riguardante le esperienze sperimentali eseguite in laboratorio. Qualora l'elaborato sarà valutato positivamente, inciderà per il 15% sulla valutazione finale.

Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES
dispense del docente

Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES
N/D
Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

• Ampliare le conoscenze di meccanica orbitale e dinamica d’assetto acquisite nei precedenti corsi - Descrivere e simulare i sistemi di stabilizzazione semi-passiva, con particolare riferimento ai sistemi dual spin - Comprendere le problematiche del riorientamento dei satelliti e simulare le relative manovre - Descrivere matematicamente e simulare il moto complessivo dei veicoli spaziali (traiettoria e assetto) in fasi di missione complesse, quali il rientro planetario - Descrivere matematicamente le traiettorie a bassa spinta e comprenderne l’impiego nei trasferimenti orbitali - Apprendere tecniche avanzate per il progetto delle costellazioni satellitari e la valutazione delle relative prestazioni

1. Dinamica d'assetto euleriana (14 ore). Vettori e diadi. Sistemi di riferimento. Relazioni per le velocità angolari. Corpo rigido. Veicoli spaziali con una ruota. Veicoli spaziali a doppio spin. Veicoli spaziali assialsimmetrici a doppio spin. Anello viscoso per lo smorzamento della nutazione. Veicoli spaziali con smorzatori. Veicoli spaziali con ruota e smorzatore. Veicoli spaziali con molteplici ruote. Forme alternative delle equazioni dinamiche. Veicoli spaziali con giroscopio a singolo giunto cardanico.

2. Dinamica d'assetto per veicoli spaziali multibody (metodo di Kane) (8 ore). Vincoli. Veicoli spaziali multibody con struttura ad albero. Due corpi ed un giunto: velocità e velocità parziali. Forze generalizzate. Equazioni dinamiche di Kane. Due corpi ed un giunto: accelerazioni ed equazioni dinamiche. Equazioni di Kane per veicoli multibody con struttura ad albero. Metodologia per le simulazioni. Applicazione: dinamica di un veicolo spaziale con due appendici.

3. Controllo d'assetto non lineare mediante dispositivi a scambio di momento (8 ore). Introduzione. Panoramica dei dispositivi a scambio di momento. Leggi di controllo per veicoli che impiegano dispositivi giroscopi di controllo a singolo giunto cardanico (SG-CMGs). Legge di controllo per veicoli che impiegano ruote di reazione (RWs). Controllo non lineare per manovre d'assetto. Applicazione: manovra di puntamento mediante controllo non lineare ed array di SG-CMGs. Controllo non lineare per l'inseguimento dell'assetto. Applicazione: inseguimento dell'assetto per un satellite geostazionario.

4. Controllo orbitale non lineare mediante l'impiego di spinta continua (6 ore). Introduzione. Dinamica orbitale. Controllo orbitale non lineare a spinta variabile. Controllo orbitale quasi ottimo secondo Lyapunov. Controllo orbitale non lineare in orbita circolare. Applicazione 1: controllo non lineare in orbita terrestre media. Applicazione 2: controllo non lineare in orbita terrestre bassa.

5. Trasferimenti orbitali a spinta finita (10 ore). Tipologie di motori a bassa spinta. Equazioni del moto. Trasferimenti a tempo minimo con l'impiego di propulsione a bassa spinta ed impulso specifico costante. Trasferimenti a consumo minimo con l'impiego di propulsione a bassa spinta ed impulso specifico costante. Trasferimenti a consumo minimo con l'impiego di propulsione a bassa spinta ed impulso specifico variabile. Assetto del veicolo spaziale nei trasferimenti orbitali. Note conclusive.

6. Rientro planetario (10 ore). Introduzione. Sistemi di riferimento per traiettoria ed assetto. Equazioni generali del volo. Effetti di riscaldamento nel rientro. Rientro balistico. Rientro con portanza. Traiettoria di rientro dello Space Shuttle. Fase terminale di discesa ed atterraggio dei veicoli di rientro con portanza: un esempio. Note conclusive.

7. Costellazioni di satelliti (4 ore). Orbite con traccia a terra ripetitiva. Costellazioni multisincrone.

• Dinamica

d'assetto euleriana

• Testi di riferimento: M. Pontani, Advanced Spacecraft Dynamics, Efesto, Rome, Italy, 2023
• Dinamica

d'assetto per veicoli spaziali multibody (metodo di Kane)

• Testi di riferimento: M. Pontani, Advanced Spacecraft Dynamics, Efesto, Rome, Italy, 2023
• Controllo

d'assetto non lineare mediante dispositivi a scambio di momento

• Testi di riferimento: M. Pontani, Advanced Spacecraft Dynamics, Efesto, Rome, Italy, 2023
• Controllo

orbitale non lineare mediante l'impiego di spinta continua

• Testi di riferimento: M. Pontani, Advanced Spacecraft Dynamics, Efesto, Rome, Italy, 2023
• Trasferimenti

orbitali a bassa finita

• Testi di riferimento: M. Pontani, Advanced Spacecraft Dynamics, Efesto, Rome, Italy, 2023
• Rientro

planetario

• Testi di riferimento: M. Pontani, Advanced Spacecraft Dynamics, Efesto, Rome, Italy, 2023
• Costellazioni

di satelliti

• Testi di riferimento: M. Pontani, Advanced Spacecraft Dynamics, Efesto, Rome, Italy, 2023

RISULTATI DI APPRENDIMENTO PREVISTI

Conoscenza e capacità di applicare i metodi generali della meccanica classica alla soluzione di problemi di dinamica d'assetto e meccanica orbitale (formulazioni di Newton/Eulero e Kane), capacità di descrivere la dinamica d'assetto di sistemi multibody, dual spin, con sottosistemi rotanti, conoscenza degli elementi fondamentali della teoria della stabilità e del controllo non lineare, capacità di applicare le tecniche di controllo non lineare alle manovre di riorientamento d'assetto e alle manovre di mantenimento e correzione orbitale, conoscenza delle equazioni generali del volo, capacità di modellizzare e simulare numericamente il rientro planetario, conoscenza di alcune tecniche semianalitiche approssimate per il rientro, conoscenza di alcuni trasferimenti orbitali con l'impiego di bassa spinta, conoscenza dei trasferimenti orbitali a tempo e consumo minimo, conoscenza degli elementi fondamentali per il progetto delle costellazioni satellitari.

STRUMENTI DI ACCERTAMENTO

Lo studente deve dimostrare (a) di aver compreso le tematiche fondamentali del corso e (b) la capacità di applicare le conoscenze acquisite in riferimento ad alcuni problemi applicativi complessi della meccanica del volo spaziale.

La valutazione si basa su una prova orale (al termine del corso). Durante il corso verranno assegnate prove di verifica e/o approfondimento (non obbligatorie); queste potranno pesare sulla valutazione finale fino al 30%.

La valutazione (in trentesimi) segue il seguente criterio: conoscenza e capacità di applicazione sufficienti (valutazione 18-20); conoscenza e capacità di applicazione medie (valutazione 21-24); conoscenza e capacità di applicazione buone (valutazione tra 25-28); conoscenza e capacità di applicazione ottime o eccellenti (valutazione da 29 a 30 e Lode).

METODI DI ACCERTAMENTO

• verifica della conoscenza e capacità di applicare i metodi generali della meccanica classica alla soluzione di problemi di dinamica d'assetto e meccanica orbitale
• verifica della capacità di descrivere la dinamica d'assetto di sistemi multibody, dual spin, con sottosistemi rotanti
• verifica della conoscenza degli elementi fondamentali della teoria della stabilità e del controllo non lineare
• verifica della capacità di applicare le tecniche di controllo non lineare alle manovre di riorientamento d'assetto e alle manovre di mantenimento e correzione orbitale
• verifica della conoscenza delle equazioni generali del volo
• verifica della capacità di modellizzare e simulare numericamente il rientro planetario
• verifica della conoscenza di alcune tecniche semianalitiche approssimate per il rientro
• verifica della conoscenza di alcuni trasferimenti orbitali con l'impiego di bassa spinta
• verifica della conoscenza dei trasferimenti orbitali a tempo e consumo minimo
• verifica della conoscenza degli elementi fondamentali per il progetto delle costellazioni satellitari

M. Pontani, Advanced Spacecraft Dynamics, Efesto, Rome, Italy, 2023

1. Hughes P., Spacecraft Attitude Dynamics, Dover, 2004

2. Schaub H., Junkins J.L., Analytical Mechanics of Space Systems, AIAA Education Series, 2003

3. de Ruiter A.H., Damaren C., Forbes J.R., Spacecraft Dynamics and Control: an Introduction, Wiley, 2013

4. Roithmayr C. M., Hodges D. H., Dynamics - Theory and Application of Kane's Method, Cambridge University Press, 2016

5. Kane T. R., Likins P. W., Levinson D. A., Spacecraft Dynamics, Mc-Graw-Hill, 1983

6. Wie B., Space Vehicle Dynamics and Control, Aiaa Education Series, 2008

7. Gurfil P., Seidelmann P. K., Celestial Mechanics and Astrodynamics: Theory and Practice, Springer, 2016

8. Prussing J. E., Conway B. A., Orbital Mechanics, Oxford University Press, 2013

9. Longuski J. M., Guzman J. J., Prussing J. E., Optimal Control with Aerospace Applications, Springer, 2014

10. Kluever C. A., Space Flight Dynamics, Wiley, 2018

Il corso ha come obiettivo quello di consentire agli allievi di acquisire conoscenze e competenze utili per il circolo virtuoso innovazione-tecnologie-materiali-prodotti-processi nel settore aeronautico strutturale e propulsivo e nel campo più ampio dell’industria manifatturiera. Gli argomenti saranno trattati con il ricorso ad un approccio inter e multidisciplinare, con lo scopo di collegare le conoscenze e le competenze relative allo sviluppo ed all'utilizzo delle tecnologie innovative dei materiali, finalizzate alle applicazioni realizzative ed agli aspetti di selezione/progetto. Saranno altresì evidenziati gli aspetti di base volti ad identificare criteri di selezione e scelta dei materiali che favoriscano approcci manifatturieri tipici dell’economia circolare, con riferimento all’uso di materiali ecocompatibili e riciclabili, per processi tecnologici basati anche su materiali di sostituzione provenienti da materie prime seconde, inclusi sistemi leggeri e multimateriale.

1) Richiami di scienza e tecnologia dei materiali: classificazione, legami, microstruttura, meccanismi di deformazione e di rottura dei materiali.

2) Creep e comportamento dei materiali ad alta temperatura

3) Materiali ceramici avanzati e criteri di progettazione (Weibull)

4) UHTC

5) Ceramic Matrix Composite (CMC) materials

6) Materiali ablativi e Thermal Protection Systems

7) Fenomeni di corrosione, ossidazione ed usura

8) Superleghe base Ni per applicazioni ad alta temperatura

9) Rivestimenti metallici per la protezione dall’ossidazione ad alta temperatura

10) Rivestimenti Thermal Barrier Coatings (TBC)

11) Rivestimenti Environmental Barrier Coatings (EBC)

12) Tecniche di deposizione thermal spray, PVD e CVD

• Richiami di scienza e

tecnologia dei materiali: classificazione, legami, microstruttura, meccanismi

di deformazione e di rottura dei materiali.

• Creep e comportamento dei materiali ad alta temperatura
• Leghe leggere e Superleghe base Ni
• Fenomeni di corrosione,

ossidazione ed usura

• Rivestimenti metallici per

la protezione dall’ossidazione ad alta temperatura

• Ceramici avanzati, - UHTC, TBC, EBC
• Ceramic Matrix Composites CMC
• Criteri di progettazione di materiali ceramici avanzati (Weibull)
• Matariali ablativi

Esame orale

Materiale didattico proiettato a lezione e articoli scientifici forniti dal docente.

Al termine del corso gli studenti saranno in grado di avere le basi teoriche per affrontare lo studio di problemi termici e termoelastici nelle strutture aerospaziali, indotti dall'environment termico delle missioni dei sistemi aeronautici e spaziali, con particolare attenzione ai fenomeni di scambio radiativo. Viene inoltre introdotta la tecnologia relativa ai materiali piezoelettrici nell’ottica del monitoraggio strutturale, la cui trattazione è profondamente interconnessa con quella termoelastica a seguito di una stretta analogia nella formulazione matematica.

Richiami sul problema della conduzione del calore nei mezzi solidi tridimensionali, equazione di Fourier, diffusività. Condizioni al contorno ed iniziali, condizioni alla Dirichlet e Neumann. Flussi di calore convettivi e radiativi. Conduzione del calore stazionaria monodimensionale, temperatura e flusso assegnato. Analogia termica-elettrica. Analisi termica con approccio agli elementi finiti, principio delle temperature virtuali. Introduzione ai codici agli elementi finiti: analisi termica e termostrutturale tramite solutore non-lineare MSC.Marc/Mentat. Conduzione del calore monodimensionale in regime transitorio. Introduzione al problema termostrutturale: definizione delle deformazioni termiche, deformazioni meccaniche e deformazioni totali. Caratteristiche termiche e termoelastiche dei materiali di impiego aerospaziale. Equazioni della termoelasticità del continuo tridimensionale. Soluzioni termoelastiche monodimensionali stazionarie con differenti casi di temperatura e vincolo assegnati. Effetti termoelastici in travi flessionali bidimensionali multimateriale. Approccio termoelastico diretto e accoppiato. Analisi elettromeccanica tramite analogia termoelastica, approccio accoppiato per smart materials, piezoelettricità. Equazioni costitutive della piezoelettricità. Attuazione flessionale: analogia con lamina bimetallica. Flessione pura tramite attuatori pached. Trasmissione del calore radiativa: corpo nero, legge di Stefan-Boltzman, legge di Wien, emittanza diffusa e speculare, potenza emissiva monocromatica, assorbanza, riflettanza. Intensità della radiazione. Legge di Kirchoff. Approssimazione di corpo grigio. Scambio radiativo tra due corpi, fattore di vista e reciprocità. Protezioni termiche radiative, multilayer insulator (MLI). Applicazioni a casi di interesse ingegneristico nella forma di esercitazioni analitico/numeriche tramite codici agli elementi finiti: sistema di protezione termica ad alta temperatura per velivoli da rientro riutilizzabili, isolamento termico di oblo di cabina e cockpit, effetto termoelastico su giunzioni meccaniche, bulloni per alte temperature.

• Introduzione al corso
• Introduzione ai problemi termici nelle strutture aerospaziali, environment termico delle missioni dei velivoli aeronautici e spaziali
• Le equazioni di Fourier per la conduzione del calore in solidi 3D: conducibilità termica
• Le equazioni di Fourier per la conduzione del calore in solidi 3D: calore specifico
• Equazioni di Fourier nel caso 1D: soluzioni esatte per il caso stazionario
• Conduzione del calore in un pannello: sandwich in honeycomb
• Esercizio sulla conduzione del calore in un pannello sandwich
• Test sperimentale per la misurazione della conducibilità termica in un pannello sandwich in camera di termovuoto
• Protezioni termiche per velivoli riutilizzabili
• Esercitazione #1: trasmissione del calore in una parete multistrato, sistema di protezione termica per alte temperature riutilizzabile. Soluzione analitica e numerica con approccio agli elementi finiti e confronto dei risultati
• Formulazione debole per le equazioni di Fourier: principio delle temperature virtuali e analogie con il principio dei lavori virtuali
• Teoria degli elementi finiti per il problema termico prima parte
• Teoria degli elementi finiti per il problema termico seconda parte
• Introduzione ai codici di calcolo agli elementi finiti termici
• Esercitazione #2: trasmissione del calore stazionaria 1D con condizioni al contorno convettive. Isolamento termico dei finestrini e oblo di velivoli. Soluzione analitica e numerica con approccio agli elementi finiti e confronto dei risultati
• Equazione di Fourier nel caso 1D: soluzione esatta per il caso non stazionario
• Equazioni della termoelasticità per solidi 3D: analisi della deformazione
• Equazioni della termoelasticità per solidi 3D: analisi della tensione ed equazioni di governo
• Considerazioni sulla congruenza delle deformazioni termiche
• Le equazioni della termoelasticità nel caso 1D: caso assiale
• Soluzione ai problemi di termoelasticità della trave assiale: parte prima
• Soluzione ai problemi di termoelasticità della trave assiale: parte seconda
• Soluzione ai problemi di termoelasticità della trave assiale: parte terza
• Esercitazione #3: termoelasticità della trave assiale con rigidezza antagonista. Giunzioni a bullone ad alta temperatura. Soluzione analitica e numerica con approccio agli elementi finiti e confronto dei risultati
• Le equazioni della termoelasticità nel caso 2D: caso flessionale
• Comportamento termico e termoelastico nei materiali compositi: microtermomeccanica prima parte
• Comportamento termico e termoelastico nei materiali compositi: microtermomeccanica seconda parte
• Comportamento termico e termoelastico nei materiali compositi: termomeccanica del laminato
• Materiali piezoelettrici: effetto piezoelettrico
• Materiali piezoelettrici: legame costitutivo piezoelettrico
• Materiali piezoelettrici: analogia termoelettrica, attuazione in flessione, analogia con la lamina bimetallica
• Introduzione alla trasmissione del calore radiativa
• Corpi neri, legge di Stefan-Boltzmann
• Resistenza termica radiativa, emissività, legge di Kirkoff
• Fattore di vista radiativo
• Esercizio sul fattore di vista radiativo
• Trasmissione stazionaria in un sistema di protezione termica multistrato MLI

La preparazione del candidato è valutata sulla base di esercizi teorici/numerici, quesiti teorici e di una relazione tecnica da presentare in sede d’esame, che riassume e documenta il lavoro svolto durante le esercitazioni analitiche/numeriche del corso.

La valutazione dello studente avviene mediante una prova scritta, una prova orale e la consegna delle relazioni delle esercitazioni agli elementi finiti. La prova scritta consiste in tre esercizi/domande e copre i contenuti del corso dal Capitolo 1 al Capitolo 8 delle dispense, fino alla termoelasticità dei materiali compositi inclusa.

La prova orale consiste in una domanda e verte sui restanti argomenti del programma, ovvero il Capitolo 9 (Materiali piezoelettrici) e il Capitolo 10 (Trasmissione del calore per irraggiamento). L’orale si svolge normalmente circa una settimana dopo la prova scritta.

L’accesso alla prova orale è subordinato al superamento della prova scritta. Gli studenti devono comunicare al docente tramite e-mail se intendono accettare il voto dello scritto e sostenere l’orale nella stessa sessione, oppure rinunciare al voto e ripetere l’esame in una sessione successiva. Gli studenti che intendono sostenere l’orale sono tenuti a consegnare preventivamente le relazioni delle esercitazioni agli elementi finiti.

Il voto finale è determinato come media pesata tra il voto della prova scritta, il voto della prova orale e il voto assegnato alle relazioni delle esercitazioni.

Dispense a cura del docente inserite ad inizio corso reperibili su piattaforma e-learning all'indirizzo: https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=10841 e sulla pagina dell'offerta formativa del sito del Consiglio d'Area di Ingegneria Aerospaziale. Tali dispense coprono interamente gli argomenti trattati nel corso.

• J.H.Lienhard IV, J.H.Lienhard V - A Heat Transfer Textbook, Phlogiston Press
• P.Gaudenzi - Smart Structures: Physical behaviour, mathematical modeling and applications, Wiley - D.G.Gilmore
• Spacecraft Thermal Control Handbook, Vol.I Fundamental Technologies, The Aerospace Press
• W.J.Larson, J.R.Wertz - Space Mission Analysis and Design, Microcosm Inc.
• M.R.Eslami, R.B.Hetnarski, J.Ignaczak, N.Noda, N.Sumi, Y.Tanigawa - Theory of Elasticity and Thermal Stresses, Explanations, Problems and Solutions – Springer

Obiettivi generali:
Conoscere i principi di base dell'intelligenza artificiale, in particolare la modellazione di sistema intelligente tramite la nozione di agente intelligente. Conoscere le tecniche di base dell'Intelligenza Artificiale con particolare riferimento alla manipolazione di simboli e, più in generale, a modelli discreti.
Obiettivi specifici:
Conoscenza e comprensione: Metodi di ricerca automatica nello spazio degli stati: metodi generali, metodi basati su euristiche, ricerca locale. Rappresentazioni fattorizzate: problemi di soddisfacimento di vincoli, modelli di pianificazione. Rappresentazione della conoscenza attraverso sistemi formali: logica proposizionale, logica del primo ordine, cenni alle logiche descrittive ad alle forme di ragionamento non monotono. Uso della logica come linguaggio di programmazione: PROLOG.
Applicare conoscenza e comprensione: Modellazione di problemi con i diversi metodi di rappresentazione acquisiti. Analisi del comportamento degli algoritmi di ragionamento di base.
Capacità critiche e di giudizio: Essere in grado di valutare la qualità di un modello di rappresentazione di un problema e dei risultati ottenuti applicando su di esso tecniche di ragionamento automatico.
Capacità comunicative: Le capacità di comunicazione orale dello studente vengono stimolate attraverso l'interazione durante le lezioni tradizionali mentre le capacità espositive nello scritto vengono sviluppate attraverso la discussione di esercizi e delle domande a risposta aperta previste nelle prove di esame.
Capacità di apprendimento: Oltre alle classiche capacità di apprendimento fornite dallo studio teorico del materiale didattico, attraverso gli esercizi relativi all'applicazione dei modelli appresi, il corso contribuisce a sviluppare le capacità di risoluzione di problemi dello studente.

Introduzione.

Rappresentazione della Conoscenza: modellazione del dominio di interesse; autonomia; il ruolo della logica.

Logica Proposizionale: sintassi e semantica; valutazione, soddisfacibilità, validità, implicazione logica; tableaux proposizionali; DPLL.

Logica del Primo Ordine: sintassi, semantica; valutazione, soddisfacibilità, validità, implicazione logica; tableaux per la logica del primo ordine.

Pianificazione Classica: domini deterministici; STRIPS, ADL, PDDL, transition system, ricerca in avanti, euristiche, Best-First, ricerca A*.

Pianificazione Condizionale (FOND): domini non deterministici, PDDL con operatore oneof, pianificazione non deterministica tramite AND-OR Search.

Ragionamento sulle Azioni: modellazione di domini dinamici (discreti), precondizioni delle azioni, effetti, il frame problem.

Situation Calculus: precondition axioms e successor-state axioms; albero delle situazioni; regressione; executability e projection.

Modellazione e pianificazione in domini dinamici stocastici: MDP, Policy Evaluation, Policy Iteration.

• Introduzione. Problemi di Ricerca e Algoritmi.(settimana 1-2)
• Testi di riferimento: [AIMA] Artificial Intelligence: A Modern Approach, Global Edition, 4th Edition by Stuart Russell, Peter Norvig, Pearson 2020. Cap. 1, 2.
• Logica proposizionale e algoritmi per soddisfacibilità. (settimana 3-4)
• Testi di riferimento: AIMA: 7.4.1 - 7.4.3, 7.6.1
• Logica del primo ordine.(settimana 5-6)
• Testi di riferimento: AIMA: 8.1-8.3
• Pianificazione automatica.(settimana 7-8)
• Testi di riferimento: AIMA: 3 - 3.4.4, 4.3 - 4.3.2, 11 - 11.3.1
• Rappresentazione della conoscenza e ragionamento automatico con incertezza.(settimana 9-10)
• Testi di riferimento: AIMA: 12, 17
• Il calcolo delle situazioni.(settimana 11-12)
• Testi di riferimento: Lucidi e appunti delle lezioni.

L'esame consiste in una prova scritta contenente domande riguardanti:

• Modellazione di un sistema dinamico.
• Ragionamento sul sistema modellato, es., progressione, regressione o pianificazione.
• Ragionamento su conoscenza proposizionale e/o al prim'ordine (es., soddisfacibilità, validità o implicazione logica di formula/knowledge bases).
• Tecniche di modellazione e pianificazione su domini stocastici .

Artificial Intelligence: A Modern Approach, Global Edition, 4th Edition by Stuart Russell, Peter Norvig, Pearson 2020 (selected chapters).

La combustione è un processo fisico fondamentale alla base della propulsione, della conversione dell’energia e dei sistemi aerospaziali ad alta temperatura. Il corso introduce gli studenti ai principi fondamentali che governano i flussi reagenti, dalla termochimica e dalla cinetica chimica fino alla struttura delle fiamme, all’accensione, alla stabilità, alle emissioni e alle caratteristiche della combustione nei dispositivi propulsivi. Collegando i modelli teorici alle applicazioni ingegneristiche, il corso aiuta gli studenti a comprendere come i combustibili rilasciano energia durante la loro conversione in prodotti di combustione, quanto è rapido il processo e come si comportano le fiamme in diverse condizioni operative. Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di interpretare e modellare i principali meccanismi della combustione, analizzare criticamente problemi pratici di combustione e applicare queste conoscenze allo sviluppo di tecnologie propulsive efficienti, affidabili e sostenibili.

GENERALI Sono introdotti i payload satellitari di telecomunicazioni e radar con i loro principi di funzionamento. Per ciascuno dei due payload: (i) si approfondiscono le applicazioni con i relativi requisiti prestazionali; (ii) si analizza il sistema spaziale completo e la missione spaziale tipica al cui interno sono inseriti; (iii) si identificano i parametri di progetto principali da cui dipendono le prestazioni; (iv) si studia il legame fra i parametri principali e le prestazioni; (v) si analizzano i requisiti sulla piattaforma che li ospita, per garantirne il corretto funzionamento. Nell’ambito dei payload di telecomunicazioni, si studiano il broadcast satellitare, le connessioni dati punto-punto, i sistemi di personal communication satellitari, il trasferimento a terra dei dati di osservazione della Terra e la telemetria. Si approfondiscono le tecniche di modulazione e di codifica, i sistemi di antenna ed il loro impatto su piattaforma ed assetto, il dimensionamento della potenza. Nell’ambito dei payload radar, si studiano i radar ad apertura sintetica (SAR) per la formazione di immagini ad alta risoluzione. Si approfondiscono le tecniche di compressione di impulso e di formazione dell’antenna sintetica, i sistemi di antenna ed il loro impatto su piattaforma ed assetto, il dimensionamento della potenza.
SPECIFICI Conoscenza e capacità di comprensione: al termine, lo studente ha acquisito una conoscenza di base sulle due tipologie di payload considerate e sui loro parametri principali, sui sistemi e le missioni che sono centrati su di essi. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: al termine, lo studente ha acquisito la capacità di valutare criticamente sia la scelta del payload, tramite il dimensionamento dei suoi parametri principali in funzione dei requisiti operativi (dai requisiti utente), sia la sua integrazione con la piattaforma. Inoltre, lo studente acquisisce: Autonomia di giudizio: al termine, lo studente ha maturato l’autonomia di giudizio necessaria per integrare le conoscenze sulle diverse tipologie di payload, gestirne la complessità delle tecnologie impiegate nelle diverse missioni spaziali, e valutarne le prestazioni nei diversi contesti applicativi. Abilità comunicative: al termine del corso lo studente ha acquisito la capacità di operare in un contesto fortemente multi-disciplinare interagendo con ingegneri progettisti delle strutture e delle tecnologie dell’informazione per lo spazio, con tecnici specialisti e interlocutori non specialisti. Capacità di apprendimento: al termine del corso lo studente ha sviluppato la capacità di approfondire autonomamente lo studio delle nuove tecnologie impiegate nelle future evoluzioni dei sistemi satellitari.

Comunicazioni Satellitari (3 CFU):

• Aree di copertura delle comunicazioni satellitari per Broadcast Audio/TV, Networking, Personal communication: singoli satelliti e costellazioni in orbite GEO, MEO, LEO con i corrispondenti fasci di antenna sia larghi che ad alto guadagno. Elementi di antenne per applicazioni spaziali; sistemi di antenna per il satellite e per il segmento di terra. Requisiti di precisione del puntamento dell'antenna. Modelli semplificati per la propagazione del segnale per la comunicazione satellitare.
• Diagramma a blocchi del ricetrasmettitore di comunicazione digitale satellitare, compresa la codifica dei canali, la mappatura sulla costellazione, l'up-conversion; amplificazione e propagazione; down-conversion, decisione, e decodifica. Link budget, efficienza spettrale e Bit Error Rate. Progettazione preliminare del collegamento di comunicazione.
• Codifica di canale: distanza di Hamming, rilevamento e correzione degli errori, codici di Hamming, codici a blocchi, codici lineari, codici ciclici (CRC, BCH e R-S), codici perfetti, LPDC, codici convoluzionali e decodifica di Viterbi, codici concatenati, turbo-codici; errori a burst e interleaving. Richiami di teoria della probabilità: variabili aleatorie discrete; distribuzione di Bernoulli; valutazione del BER con Forward Error Correction.
• Richiami di teoria della probabilità. il teorema del limite centrale. Rumore termico, figura di rumore e temperatura; valutazione del Bit Error Rate per le diverse costellazioni.
• Tecniche di accesso multiplo: Multiplexing a Divisione di Frequenza, Multiplexing a Divisione di Tempo, Multiplexing a Divisione di Codice; Uso della diversità di polarizzazione.
• Codifica e trasmissione di dati di telemetria digitale da satellite/lanciatore.
• Elementi di networking satellitare

Sensori Radar Satellitari (3CFU)

• Il principio di base del radar: risoluzione della portata inclinata e risoluzione della portata al suolo per l'imaging radar e l'altimetria radar. Tempo di ripetizione dell'impulso; Ambiguità della portata del radar e sua valutazione per il radar spaziale.
• Schema a blocchi del ricetrasmettitore radar (antenne, filtri, amplificatori, distribuzione del segnale a radiofrequenza (RF), dispositivi up- e down-converter, convertitori A/D e D/A, generazione e filtraggio di forme d'onda per radar, localizzazione e comunicazione , elementi di codifica); Principio di base Elementi di progettazione del sensore e requisiti per i suoi diversi elementi costitutivi
• Tecniche di filtro abbinato e di compressione dell'impulso. La forma d'onda del cinguettio; la sua generazione e la sua compressione; controllo del lobo laterale: utilizzare per l'imaging radar e l'altimetria.
• Selezione della frequenza di ripetizione dell'impulso per l'applicazione SAR satellitare, rimozione dell'eco della linea di altitudine; Valutazione dell'ambiguità azimutale.
• Il principio dell'apertura sintetica, massima risoluzione stripmap; Modalità di acquisizione SAR: StripMap, Spotlight, ScanSAR, TOPS. Requisiti dell'antenna per le diverse modalità (dimensioni, capacità di governo elettronico/meccanico e precisione); soluzioni pratiche di antenne: antenne phased array attive vs antenne a riflettore; antenne pieghevoli, ecc... Fabbisogno di budget energetico per SAR nelle diverse modalità di acquisizione. Impatto della vibrazione dell'antenna sulla qualità e sui requisiti dell'immagine SAR.
• Requisito di downlink della velocità dei dati per le diverse modalità di acquisizione
• qualità dell'immagine radiometrica e funzionamento multilook; Noise Equivalent Sigma Zero
• ntroduzione alle tematiche del corso e contesto, modalità di erogazione lezioni, di svolgimento esercitazioni e di valutazione. - ( 1 ora)
• Testi di riferimento: Slide della lezione disponibile in rete sul sito web
• Link budget per satelliti in LEO, MEO, GEO con fasci omnidirezionali, globali o spot - (3 ore)
• Testi di riferimento: Slide: 02_Payload_link_budget _intro
• Filtraggio del segnale: filtro adattato, funzioni di trasferimento di Nyquist per evitare Interferenza InterSimbolica (ISI) e forme a coseno rialzato - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 03_Payload_matched_filter 07_Payload_ISI
• Antenne per TLC isotrope e direzionali: lineari, ad apertura e a phased array - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 05_Payload_2024_linkbudget_core_v2 06_Payload_2024_Global_Scheme
• Transmissioni digitali di banda Base e Banda Traslata con le Modulazioni: M-PAM, MQAM, PSK and APSK: mapping/demapping, pulse shaping, up/down-conversion with I&Q mod/demodulator. - (4 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 05_Payload_2024_linkbudget_core_v2 06_Payload_2024_Global_Scheme
• Rumore termico, rumore del cielo, ricevitore e impatto delle condizioni meteorologiche - (2 ore)
• Testi di riferimento: Slide:02_Payload_link_budget
• Bit Error Rate (BER) of M-PAM, MQAM, PSK and APSK - (2 ore)
• Testi di riferimento: Slide:08_Payload_BER
• Codifica di sorgente e di canale e BER con codifica di canale - (5 ore)
• Testi di riferimento: Slides: 11_Payload_Coding 13_Payload_Shannon
• Collegamento GEO per Digital Video Broadcast e trasponder - (2 ore)
• Testi di riferimento: slide:09_Payloads_2024_Transponder
• Payload of Internet Satellites in GEO and LEO - (1 ora)
• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Internet
• Costellazioni LEO per internet/personal communication - (2 ore)
• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Interne
• Il collegamento di TT&C data link e le sue caratteristiche - (1 ora)
• Testi di riferimento: slide:14_TT&C
• Principio di

funzionamento del radar impulsato, radar cross section, link budget, blind

range. Risoluzione in range ed in gound-range. Necessità di impulsi lunghi

comprimibili - (3 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

21_Payload_2024_Radar_fundamentals

• Compressione di impulso:

codici di fase, Barker, Chirp, codici Frank, P3 e P4 - (6 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

22_Radar_pulse_compression

• Integrazione coerente di

impulsi e risoluzione in frequenza Doppler - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

23_Satellite_RADAR24

• Radar Imaging: La risoluzione

in azimuth del Radar ad apertura reale (RAR) ed il Radar ad Aperura Sintetica

(SAR) - (8 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

24_SAR_fundamentals.pdf

25_SAR_quality_parameters

• Costellazioni di SAR - (2 ore)
• Testi di riferimento: Slides:

26_SAR_constellations

• Radar

Altimetry & Sounding -(2 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

27_Radar_Altimetry_and_Sounding

• Il

radar di tracking per lanciatori e debris - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

28_Payload_2024_Radar_tracking

STRUMENTI DI ACCERTAMENTO:

La prova scritta, della durata di 2 ore (30% del voto finale) consiste di:

• 1 esercizio sul dimensionamento di un collegamento di TLC satellitare, inclusivo di caratteristiche del payload di bordo, della stazione di terra e delle tecniche di codifica/trattamento dei segnali/dati necessari
• 1 esercizio sul dimensionamento di massima di un radar di osservazione della Terra, inclusivo di caratteristiche del payload di bordo e delle tecniche di codifica/trattamento dei segnali/dati necessari.

La prova scritta si considera superata se almeno uno dei due esercizi è svolto in modo molto buono.

E' possibile sostituire la prova (i) con lo svolgimento di prove di dimensionamento parziale svolte durante il corso delle lezioni sulla piattaforma Sapienza di e-learning.

La prova orale (70% del voto finale) consiste di tre domande su:

• caratteristiche del payload di Telecomunicazioni, delle tecniche di elaborazione e codifica necessarie e delle prestazioni delle singole parti
• funzionamento e caratteristiche del Radar di Osservazione della Terra e/o di Tracciamento; tecniche di elaborazione utilizzate; prestazioni del radar e delle sue singole parti.

Usualmente si chiede di rispondere oralmente alle domande, ma è possibile che venga richiesta una risposta preliminare in forma scritta a cui fa seguito una revisione e discussione orale.

METODI DI ACCERTAMENTO:

Verifica della conoscenza sul funzionamento dei payload satellitari di comunicazione e dei Radar di Osservazione della Terra e sui requisiti per la piattaforma che li ospita; verifica delle conoscenze sulla valutazione delle prestazioni di sistemi radar e di comunicazione satellitari; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare lo schema di un radio-ricevitore e radio-ricevitore per applicazioni radar e di comunicazione; verifica della conoscenza e della capacità di dimensionare le tecniche di elaborazione e codifica necessari.

CRITERI DI VALUTAZIONE:

Per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (27-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30 con lode)

• Dispense delle lezioni disponibili in rete sul sito web https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=15493
• Satellite Communications, Timothy Pratt, Jeremy Allnutt, JohnWiley & Sons Ltd, Third Edition, 2020
• Principles of Modern Radar, Volume 1: Basic principles, Edited by Mark A. Richards, James A. Scheer, William A. Holm, IET Editor

GENERALI

Sono introdotti i payload satellitari di telecomunicazioni e navigazione con i loro principi di funzionamento. Per ciascuno dei due payload: (i) si approfondiscono le applicazioni con i relativi requisiti prestazionali; (ii) si analizza il sistema spaziale completo e la missione spaziale tipica al cui interno sono inseriti; (iii) si identificano i parametri di progetto principali da cui dipendono le prestazioni; (iv) si studia il legame fra i parametri principali e le prestazioni; (v) si analizzano i requisiti sulla piattaforma che li ospita, per garantirne il corretto funzionamento.

Nell’ambito dei payload di telecomunicazioni, si studiano il broadcast satellitare, le connessioni dati punto-punto, i sistemi di personal communication satellitari, il trasferimento a terra dei dati di osservazione della Terra e la telemetria. Si approfondiscono le tecniche di modulazione e di codifica, i sistemi di antenna ed il loro impatto su piattaforma ed assetto, il dimensionamento della potenza.

Nell’ambito dei payload di navigazione, si studiano i sistemi di navigazione satellitare globale (GNSS) per la navigazione satellitare ed i sistemi terrestri e satellitari per incrementarne le prestazioni. Si approfondiscono le forme d’onda utilizzate, le tecniche di acquisizione dei segnali e di stima di posizione, le principali sorgenti di errore e le prestazioni, i sistemi di antenna ed il dimensionamento della potenza.

SPECIFICI

Conoscenza e capacità di comprensione: al termine, lo studente ha acquisito una conoscenza di base sulle due tipologie di payload considerate e sui loro parametri principali, sui sistemi e le missioni che sono centrati su di essi.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: al termine, lo studente ha acquisito la capacità di valutare criticamente sia la scelta del payload, tramite il dimensionamento dei suoi parametri principali in funzione dei requisiti operativi (dai requisiti utente), sia la sua integrazione con la piattaforma.

Inoltre, lo studente acquisisce:

Autonomia di giudizio: al termine, lo studente ha maturato l’autonomia di giudizio necessaria per integrare le conoscenze sulle diverse tipologie di payload, gestirne la complessità delle tecnologie impiegate nelle diverse missioni spaziali, e valutarne le prestazioni nei diversi contesti applicativi.

Abilità comunicative: al termine del corso lo studente ha acquisito la capacità di operare in un contesto fortemente multi-disciplinare interagendo con ingegneri progettisti delle strutture e delle tecnologie dell’informazione per lo spazio, con tecnici specialisti e interlocutori non specialisti.

Capacità di apprendimento: al termine del corso lo studente ha sviluppato la capacità di approfondire autonomamente lo studio delle nuove tecnologie impiegate nelle future evoluzioni dei sistemi satellitari.

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D
Modulo: COMMUNICATION PAYLOAD
N/D

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D
Modulo: COMMUNICATION PAYLOAD
Comunicazioni Satellitari (3 CFU):

• Aree di copertura delle comunicazioni satellitari per Broadcast Audio/TV, Networking, Personal communication: singoli satelliti e costellazioni in orbite GEO, MEO, LEO con i corrispondenti fasci di antenna sia larghi che ad alto guadagno. Elementi di antenne per applicazioni spaziali; sistemi di antenna per il satellite e per il segmento di terra. Requisiti di precisione del puntamento dell'antenna. Modelli semplificati per la propagazione del segnale per la comunicazione satellitare.
• Diagramma a blocchi del ricetrasmettitore di comunicazione digitale satellitare, compresa la codifica dei canali, la mappatura sulla costellazione, l'up-conversion; amplificazione e propagazione; down-conversion, decisione, e decodifica. Link budget, efficienza spettrale e Bit Error Rate. Progettazione preliminare del collegamento di comunicazione.
• Codifica di canale: distanza di Hamming, rilevamento e correzione degli errori, codici di Hamming, codici a blocchi, codici lineari, codici ciclici (CRC, BCH e R-S), codici perfetti, LPDC, codici convoluzionali e decodifica di Viterbi, codici concatenati, turbo-codici; errori a burst e interleaving. Richiami di teoria della probabilità: variabili aleatorie discrete; distribuzione di Bernoulli; valutazione del BER con Forward Error Correction.
• Richiami di teoria della probabilità. il teorema del limite centrale. Rumore termico, figura di rumore e temperatura; valutazione del Bit Error Rate per le diverse costellazioni.
• Tecniche di accesso multiplo: Multiplexing a Divisione di Frequenza, Multiplexing a Divisione di Tempo, Multiplexing a Divisione di Codice; Uso della diversità di polarizzazione.
• Codifica e trasmissione di dati di telemetria digitale da satellite/lanciatore.
• Elementi di networking satellitare

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D
Modulo: COMMUNICATION PAYLOAD

• Introduzione alle

tematiche del corso e contesto, modalità di erogazione lezioni, di svolgimento

esercitazioni e di valutazione. - ( 1 ora)

• Testi di riferimento: Slide della lezione disponibile in rete sul

sito web

• Link budget per satelliti

in LEO, MEO, GEO con fasci omnidirezionali, globali o spot - (3 ore)

• Testi di riferimento: Slide:

02_Payload_link_budget _intro

• Filtraggio del segnale:

filtro adattato, funzioni di trasferimento di Nyquist per evitare Interferenza InterSimbolica

(ISI) e forme a coseno rialzato - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

03_Payload_matched_filter

07_Payload_ISI

• Antenne per TLC isotrope

e direzionali: lineari, ad apertura e a phased array - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

05_Payload_2024_linkbudget_core_v2

06_Payload_2024_Global_Scheme

• Transmissioni

digitali di banda Base e Banda Traslata con le Modulazioni: M-PAM, MQAM, PSK

and APSK: mapping/demapping, pulse shaping, up/down-conversion with I&Q mod/demodulator. - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

05_Payload_2024_linkbudget_core_v2

06_Payload_2024_Global_Scheme

• Rumore termico, rumore

del cielo, ricevitore e impatto delle condizioni meteorologiche - (2 ore)

• Testi di riferimento: Slide:02_Payload_link_budget
• Bit

Error Rate (BER) of M-PAM, MQAM, PSK and

APSK - (2 ore)

• Testi di riferimento: Slide:08_Payload_BER
• Codifica

di sorgente e di canale e BER con codifica di canale - (5 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

11_Payload_Coding

13_Payload_Shannon

• Collegamento GEO per Digital

Video Broadcast e trasponder - (1 ora)

• Testi di riferimento: slide:09_Payloads_2024_Transponder
• Payload

of Internet Satellites in GEO and LEO - (1 ora)

• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Internet
• Costellazioni LEO per internet/personal

communication - (2 ore)

• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Internet
• Il collegamento di TT&C

data link e le sue caratteristiche - (1 ora)

• Testi di riferimento: slide:14_TT&C

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D
Modulo: COMMUNICATION PAYLOAD
N/D

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D
Modulo: COMMUNICATION PAYLOAD

• Dispense delle lezioni disponibili in rete sul sito web https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=15493
• Satellite Communications, Timothy Pratt, Jeremy Allnutt, JohnWiley & Sons Ltd, Third Edition, 2020

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D
Modulo: COMMUNICATION PAYLOAD
N/D

Una delle maggiori difficoltà che si incontrano nell’utilizzo concreto in termini di applicazioni ingegneristiche della fluidodinamica computazionale è la concorrenzialità di attività, e relative problematiche, per loro natura molto diverse. Per citarne alcune: la scelta della mesh di calcolo, dell’algoritmo di soluzione, del modello di turbolenza, etc…
Pertanto gli obiettivi formativi saranno focalizzati sulla conoscenza e comprensione di un ampio spettro di metodi numerici, modelli fisici e tecniche di analisi rilevanti per la progettazione aerodinamica in regime comprimibile, come pure sull’acquisizione della capacità di identificazione del problema fisico di interesse, sulla scelta di un approccio adeguato per la modellizzazione numerica e la valutazione critica dei risultati ottenuti.
Inoltre grande importanza verrà data ad un progetto, auspicabilmente di gruppo, finalizzato alla soluzione/simulazione di un problema specifico. In questo modo verranno affrontate praticamente tutte le fasi del flusso di lavoro CFD, pre-elaborazione, risoluzione e post-elaborazione. Il team dovrà organizzare riunioni, gestire le risorse, gestire la dipendenza dai compiti, riferire sui calcoli e condurre analisi complete.
Il progetto di gruppo è fondamentale per questo corso, in quanto crea un ambiente di consulenza virtuale, riunendo studenti con diversi background per risolvere un problema reale.
Il problem solving e il coordinamento del progetto devono essere intrapresi su base individuale e di squadra. Gli studenti svilupperanno anche abilità interpersonali necessarie per intraprendere le loro future carriere come leader di ingegneria e tecnologia.
Alla fine del progetto, il gruppo terrà una presentazione nella quale esporrà le problematiche incontrate e i risultati ottenuti.

• Concetti generali;
• Soluzione di problemi di gasdinamica mediante tecniche numeriche;
• Descrizione delle principali metodologie esistenti: differenze finite, elementi finiti e volumi finiti;
• Programmi di calcolo per la gasdinamica: principali problematiche e opportunità;
• Generazione delle griglie di calcolo; problemi e criteri di qualità;
• Utilizzo dei modelli di turbolenza nelle applicazioni;
• Impostazione di casi pratici al calcolatore;
• Analisi e validazione dei risultati;
• Esercitazioni al calcolatore.
• Introduction
• Basic concepts of fluid flow
• Numerical methods
• Finite volume methods
• Methods for unsteady problems
• Simulation of the Navier-Stokes equations
• Turbulent flows

La prova finale è costituita dallo svolgimento di un progetto, da sviluppare auspicabilmente in un gruppo di lavoro, finalizzato alla soluzione/simulazione di un problema specifico. In questo modo verranno affrontate praticamente tutte le fasi del flusso di lavoro CFD, pre-elaborazione, risoluzione e post-elaborazione. Il team dovrà organizzare riunioni, gestire le risorse, gestire la dipendenza dai compiti, riferire sui calcoli e condurre analisi complete. La presentazione conclusiva del progetto costituirà parte rilevante della valutazione finale.

Ferziger and Peric: Computarional Methods for Fluid Dynamics - Springer

Jiyuan, Guan-Heng and Chaoqun: Computational Fluid Dynamics: A Practical Approach - Elsevier

Versteeg and Malalasekera: An Introduction to Computational Fluid Dynamics - Prentice Hall

Il corso si prefigge di sviluppare il pensiero creativo degli studenti di ingegneria spaziale ed astronautica attraverso la definizione, a livello architetturale, di una missione spaziale volta a specifici obiettivi forniti dai docenti. Gli studenti raggiungeranno l’obiettivo formativo mettendo a frutto, in un’attività di team work, le metodologie, le competenze, le nozioni e gli strumenti di calcolo acquisiti durante il primo anno della laurea magistrale. Inoltre potranno avvalersi di strumenti di concurrent engineering. La produzione di un “Concept Document”, che conterrà la soluzione proposta al raggiungimento degli obiettivi di missione, richiederà l’apprendimento di un’efficiente ricerca bibliografica volta all’acquisizione di informazioni disponibili in letteratura, su fact sheet di strumenti e sottosistemi e la richiesta diretta ai potenziali fornitori. La stesura del “Concept Document” nelle forme standard di una pre-proposta di missione, attraverso la stesura organica della soluzione offerta, la selezione ed il dettaglio degli aspetti più importanti, l’evidenziazione delle criticità, concluderà l’attività del lavoro di gruppo. In sintesi, gli obiettivi formativi del corso possono essere così elencati:
1) sviluppo del pensiero creativo attraverso la definizione, a livello architetturale, di una missione spaziale volta a specifici obiettivi; 2) acquisizione delle capacità di organizzare le metodologie, le competenze, le nozioni e gli strumenti di calcolo acquisiti durante il primo anno della laurea magistrale verso la definizione concettuale di una missione spaziale, attraverso un’attività di team work; 3) apprendimento di come viene effettuata un’efficiente ricerca bibliografica volta all’acquisizione di informazioni disponibili in letteratura, su fact sheet di strumenti e sottosistemi, e l’interazione diretta con potenziali fornitori; 4) acquisizione della capacità di sintetizzare il lavoro svolto in maniera efficace, consistente e sintetica, attraverso la scrittura di un concept document.
Il concept document presenterà la risoluzione creativa di un problema centrale dell’ingegneria spaziale (la definizione concettuale di una missione spaziale), partendo comunque dalle competenze acquisite durante la didattica frontale. Tale progetto creativo verrà svolto in gruppi, stimolando il confronto reciproco e lo sviluppo delle capacità comunicative e di esposizione degli studenti.

Il programma del corso è strutturato in maniera tale da facilitare il lavoro di gruppo. La preparazione del concept document, obiettivo finale dell’attività formativa, passerà attraverso le seguenti fasi, che costituiscono il programma del corso:

1) Esposizione delle caratteristiche generali, degli scopi e dei requisiti di alto livello della missione da progettare;

2) Fase di brainstorming per delineare una soluzione possibile in grado di soddisfare i requisiti di missione;

3) Frammentazione dei requisiti a livello di sottosistema:

a) Analisi di missione e identificazione del lanciatore

b) Strutture ed appendici

c) Sistema di determinazione e controllo d’assetto

d) Sistema di propulsione

e) Sistema di potenza

f) Controllo termico

g) Tracking e telecomunicazioni

h) Navigazione e operazioni

i) Fine missione (disposal)

4) Assemblaggio del sistema e verifica della sua fattibilità, in relazione agli obiettivi di missione (possono essere tutti soddisfatti? E’ possibile rinunciare a qualcosa ottenendo una importante semplificazione del sistema satellite?)

5) In caso negativo, reiterare, fino a quando la soluzione identificata soddisfa i requisiti (o buona parte di essi).

6) Redazione del Concept Document.

La valutazione verrà effettuata per ciascun gruppo e consisterà nell’esame del Concept Document da parte del docente titolare del corso, coadiuvato dal gruppo di docenti e dai tutor che hanno seguito la classe. La valutazione verrà effettuata sulla base dei seguenti criteri:

• completezza, del rigore metodologico, della
• qualità della ricerca bibliografica
• fattibilità tecnica
• efficacia delle presentazioni effettuate in itinere .

Il gruppo che ha prodotto la migliore soluzione al problema riceverà un premio da definire (una presentazione allo IAC, una visita guidata in un centro ESA, ecc.)

Non è prevista l'adozione di testi di riferimento. Il materiale necessario per la produzione del Concept Document verrà reperito attraverso ricerche bibliografiche e fact sheet di strumenti.

Non è prevista l'adozione di testi di riferimento. Il materiale necessario per la produzione del Concept Document verrà reperito attraverso ricerche bibliografiche e fact sheet di strumenti.

L'obiettivo del corso è quello di fornire agli studenti una solida base dei principi della meccanica di volo dei lanciatori. I contenuti del corso coprono i principi fondamentali della meccanica di volo dei lanciatori, compresa la pianificazione ottimale della traiettoria di salita di un lanciatore (anche riutilizzabile) dalla base di lancio all’inserimento in orbita del carico utile, e l’analisi della stabilità e del controllo del lanciatore in volo atmosferico.
Verranno inoltre illustrati i fattori chiave che influenzano le prestazioni dei veicoli di lancio, come i requisiti della missione, le condizioni atmosferiche e la posizione del sito di lancio, al fine di fornire agli studenti una comprensione completa del contesto in cui operano i veicoli di lancio.
Il corso pone una particolare attenzione sulla capacità di applicare le conoscenze apprese alla soluzione di problemi numerici tipici della meccanica del volo dei lanciatori, quali la pianificazione di traiettoria e il controllo di un lanciatore flessibile.
The objective of the course is to provide students with a solid foundation of the principles of launch vehicle flight mechanics.

Modulo 1) Analisi di missione

descrizione qualitativa delle traiettorie di salita di un lanciatore; prestazioni e vincoli; effetti e importanza dello staging; definizione dei problemi di guida e controllo accopiati e disaccoppiati. Sfide e opportunità legate ai lanciatori riutilizzabili

Modulo 2) Ottimizzazione di traiettoria

Metodi numerici per il controllo ottimo. Metodi indiretti e condizioni di trasversalità. Metodi diretti di shooting e collocazione. Esempi numerici

Modulo 3) Dinamica di un lanciatore in volo atmosferico

Equazioni del moto di un lanciatore rigido/flessibile; equazioni linearizzate; condizioni di stabilità e richiami di teoria dei controlli automatici. Thrust Vectoring Control; e principi di guida "Minimum drift" and "load-minimum". Esempi di uso di controllo robusto (H-infinity) per la sintesi di sistemi di volo.

L'esame consiste in una interrogazione orale, dove una domanda è legata ad una delle esercitazioni numeriche svolta dagli studenti durante il corso.

Oltre alle note del docente, si suggerisce l'uso, non obbligatorio, dei seguenti libri :

• A. L. Greensite, Analysis and design of space vehicle flight control systems. NASA TR, July 1, 1967
• Timothy M. Barrows, Jeb S. Orr, Dynamics and Simulation of Flexible Rockets, Elsevier Science Publishing Co Inc, 2020.

Questo corso offre l'opportunità di integrare la preparazione acquisita nei corsi di base con metodologie e strumenti avanzati per l'analisi dinamica delle strutture aerospaziali sia nel dominio del tempo che in quello di Fourier-Laplace. Viene studiata la risposta dei sistemi strutturali lineari a carichi dinamici sia deterministici che stocastici, introducendo alcune questioni essenziali sulla teoria della vibrazione casuale. Il corso presenta anche tecniche di riduzione dell'ordine (condensazione statica e dinamica) di modelli ad elementi finiti insieme a problemi di eccitazione sismica su strutture aerospaziali come aerei e lanciatori. Particolare attenzione è data anche ai principali modelli di smorzamento strutturale per lo studio del controllo delle vibrazioni con assorbitori dinamici. Infine, viene fornita una panoramica dei problemi di propagazione nelle strutture aerospaziali in cui sono coinvolti processi dinamici veloci. I metodi di integrazione numerica sono utilizzati per studiare le risposte di questi sistemi strutturali, evidenziando le differenze rispetto alle risposte ottenute con l'analisi lineare.
Obiettivi di apprendimento Generale Dopo aver completato questo corso, lo studente sarà in grado di comprendere tutti gli aspetti fondamentali relativi alla dinamica delle strutture aerospaziali, studiare i problemi di risposta a carichi sismici casuali con valutazione delle prestazioni, progettare un sistema di controllo passivo e attivo delle vibrazioni strutturali utilizzando assorbitori dinamici e valutare effetti non lineari nel caso di strutture caratterizzate da dinamica veloce. Lo studente avrà infine maturato il bagaglio culturale per dialogare con enti di certificazione per la qualificazione al volo/lancio di sistemi strutturali e con gli enti/professionisti responsabili delle prove dinamiche sperimentali.

1) Discretizzazione spaziale di un solido con comportamento elastico lineare: equazioni di Lagrange - coordinate di Lagrange fisiche e modali

2) Sistemi ODE per la dinamica strutturale

3) Dinamica dei sistemi continui

4) Vibrazioni random

5) Tecniche di condensazione strutturale ed risposta sismica. Modelli di ordine ridotto (ROM ) - Digital Twin

6) Sistemi di smorzamento attivo e passivo per il controllo delle vibrazioni

7) Propagazione dell'onda

La prova d'esame ha lo scopo di verificare le conoscenze acquisite in merito all'applicazione metodologie e strumenti avanzati per l'analisi dinamica delle strutture aerospaziali sia nel dominio del tempo che in quello di Fourier-Laplace.

A tale scopo la modalità d'esame prevede una prova scritta ed una prova orale. La prova scritta consiste in domande a risposta aperta, mentre nel corso della prova orale sarà discusso l'elaborato scritto e descriveranno alcune aspetti teorici e/o numerici.

La prova orale finale sarà effettuata seguendo il calendario di predisposto dalla Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale al termine del semestre di erogazione del corso.

1) Materiale didattico a cura del docente.

2) Bendat, J.S., Piersol, A.G., Random Data, John Wiley & Sons, 1986.

3) Shin, K., Hammond, J., Fundamentals of Signal Processing for Sound and Vibration Engineers, John Wiley & Sons, 2008.

4) Pintelon, R., Schoukens, J., System Identification: A Frequency Domain Approach, Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 2001.

5) Inmann, D.J., Vibration with Control, John Wiley & Sons, 2006.

6) M. Géradin, D.J. Rixen, Mechanical Vibrations, Theory and Application to Structural Dynamics, third edition, 2015 John Wiley & Sons, Ltd.

7) Meirovitch L 1970 Methods of Analytical Dynamics. McGraw Hill, New York.

8) Meirovitch L 1980 Computational Methods in Structural Dynamics. Sijthoff & Noordhoff.

Il modulo ha l’obiettivo di fornire una conoscenza di base ed a largo spettro sui sistemi di telerilevamento per l’Osservazione della Terra da aereo e da satellite e sui servizi Copernicus dell’Unione Europea per il monitoraggio del nostro pianeta ed il suo ambiente con l’ausilio di dati da satellite. I servizi Copernicus riguardano la gestione del territorio e delle maggiori risorse rinnovabili e non, dell’ambiente marino, dell’atmosfera e della sicurezza ambientale in un contesto di sostenibilità dell’uso delle risorse e dell’impatto sui cambiamenti climatici. Il modulo descrive, con approccio sistemistico, i requisiti e le caratteristiche di massima del sistema in relazione all’applicazione finale. Illustra le basi fisiche del telerilevamento e semplici modelli di interazione elettromagnetica con i mezzi naturali utili alla interpretazione dei dati. Illustra o richiama i principi di funzionamento dei principali sensori di telerilevamento nelle diverse regioni dello spettro elettromagnetico. Illustra le principali tecniche di elaborazione dei dati telerilevati ai fini della generazione di prodotti applicativi, anche con l’ausilio di esercitazioni al calcolatore. Fornisce una panoramica sulle informazioni sull’ambiente terrestre (atmosfera, mare, vegetazione, etc.) rilevabili nelle diverse bande dello spettro elettromagnetico. Descrive le principali missioni spaziali di Osservazione della Terra, e le caratteristiche più significative dei prodotti forniti agli utenti finali.

Introduzione al Telerilevamento: definizione, storia, vantaggi e applicazioni.

Energia elettromagnetica: definizione e leggi fisiche fondamentali.

Interazioni tra energia elettromagnetica e atmosfera: finestre atmosferiche e fenomeni di assorbimento e diffusione.

Interazione tra energia elettromagnetica e superfici: riflessione, assorbimento e trasmissione.

Caratteristiche dei sistemi di osservazione per l’osservazione della Terra.

Caratteristiche operative dei dati: scala e risoluzione.

I sensori digitali per l’osservazione della Terra: sensori attivi e passivi.

Tipologie di satelliti per l'Osservazione della Terra.

Sensori ottici

Sensori alle microonde

Tecniche di elaborazione delle immagini: miglioramento radiometrico, pre-processamento geometrico e pre-processamento radiometrico.

I programmi satellitari con dati ad accesso libero (Landsat, Copernicus, …).

Applicazioni

• - Testi di riferimento: F.T. Ulaby and D.G Long. Microwave radar and radiometric remote sensing

The University of Michigan press, Ann Arbor, 2014.

L'esame consiste di una prova orale e di un elaborato scritto.

L'esame sarà composto di due parti: una orale e una scritta nella forma di un elaborato che le studentesse e gli studenti dovranno preparare e presentare individualmente o in piccoli gruppi (massimo tre persone). La relazione, che va consegnata 1 settimana prima della data di esame, sotto forma di file ppt, deve essere utilizzata per dimostrare l'applicazione dei concetti, dei metodi e delle analisi presentate durante l'insegnamento. Il documento scritto deve essere un testo descrittivo e autoesplicativo, progettato per fornire un quadro completo degli obiettivi, dei metodi e dei risultati.

Tutti gli argomenti trattati durante il corso, e la loro applicazione utilizzando il software adottato, sono parte integrante dell'esame orale.

I criteri di valutazione utilizzati per comporre il voto finale includono la valutazione della:

capacità di produrre una presentazione concisa, coerente ed efficace (50%)

capacità di esporre chiaramente i contenuti della relazione e conoscenza teorica relativa agli argomenti trattati durante le lezioni (50%)

F.T. Ulaby and D.G Long. Microwave radar and radiometric remote sensing The University of Michigan press, Ann Arbor, 2014.

W. Emery and A. Camps Introduction to Satellite Remote Sensing Elsevier, 2017, Netherlands.

Il corso di Elettronica dei Sistemi Spaziali intende fornire gli strumenti per la comprensione delle figure di merito, dei requisiti di progetto, e delle topologie circuitali dei sottosistemi che compongono un payload satellitare per telecomunicazioni in tecnologia integrata. Obiettivi di apprendimento specifici: - Comprensione e utilizzo delle principali figure di merito di un sistema elettronico a Radio-Frequenza su satellite e dei principali sottosistemi che lo compongono: amplificatore, Mixer, PLL, filtro - Analisi dei circuiti più utilizzati per realizzare tali sotto-sistemi in tecnologia integrata - Comprensione dello schema a blocchi e delle componenti del sistema di alimentazione su satellite - Analisi dei limiti funzionali dei dispositivi e degli apparati elettronici in ambiente spaziale, e cenni alle tecniche di Radiation-Hardening dei circuiti integrati

Generalità sulla progettazione di circuiti a banda frazionale stretta.

• Presentazione dello schema a blocchi di un transponder su satellite (articolo Multichip.pdf).
• Adattamento in potenza all’interfaccia tra blocchi circuitali a microonde (Marietti Vol. II).
• Definizione di guadagno di traduzione, di guadagno di potenza e disponibile di una rete 2-porte (Marietti Vol. II, Appunti del docente).
• Definizione dei parametri di Scattering di una rete 2-porte (Appunti del docente).
• Circuiti risonanti. Il fattore di merito di una risonanza (Marietti Vol. II).
• Modelli a microonde di dispositivi passivi (Appunti del docente,).
• Elaborazione differenziale e reiezione dei disturbi. La cella differenziale a BJT: derivazione della trans-caratteristica statica e del modello di piccolo segnale per il modo comune e per il modo differenziale (Sedra-Smith).

Reti di adattamento

• Requisiti di progetto di reti di adattamento senza perdite: frequenza centrale, banda passante, rapporto di trasformazione (Marietti Vol. II).
• Adattamento tra carichi complessi (Appunti del docente).
• Reti di adattamento antirisonanti a presa centrale sul ramo capacitivo e induttivo. Cenni all'uso del trasformatore accordato come rete di adattamento (Marietti Vol. II, Appunti del docente).
• Generalità sulle linee di trasmissione. Impedenza di ingresso di una linea di trasmissione in funzione della lunghezza della linea, dell’impedenza caratteristica e del carico. Reti di adattamento a banda stretta realizzate con linea di trasmissione e stub (Appunti Pisa: http://mwl.diet.uniroma1.it/people/pisa/cirmic.html , Cap.2-3).
• Linee a microstriscia. Reti di adattamento a microstriscia su MMIC (Appunti Pisa: http://mwl.diet.uniroma1.it/people/pisa/cirmic.html , Cap. 4).
• Reti di adattamento a banda larga basate su trasformatori a linea di trasmissione in coassiale (Appunti del docente).

Progetto dell’amplificatore a basso rumore (LNA)

• Richiami sulla stabilità di amplificatori a banda frazionale larga. La stabilità di amplificatori a microonde: coefficiente di Linville e di Stern per dispositivi incondizionatamente stabili e potenzialmente instabili (Marietti Vol. II).
• Il rumore nei dispositivi. Modello rumoroso di un BJT. Minimo segnale rivelabile. Fattore di rumore di una rete 2-porte. Fattore di rumore di una cascata di stadi (Marietti Vol. I).
• Requisiti di progetto di un LNA: compromesso tra specifiche in termini di rumore, guadagno e stabilità (Marietti Vol. II).
• Schema a blocchi di un amplificatore a RF e a microonde (Marietti Vol. II, Appunti del docente).

Circuiti per la generazione di segnali sinusoidali.

• Il criterio di Barkhausen (Marietti Vol. II, Appunti del docente).
• Rete di Colpitts. Oscillatori basati su rete di Colpitts (Marietti Vol. II, Appunti del docente).
• Definizione del coefficiente di stabilità in frequenza (Marietti Vol. II).
• Quarzo e suo uso per la stabilizzazione della frequenza (Marietti Vol. II).
• Oscillatori LC basati su celle differenziali in reazione positiva (Appunti del docente).
• Il rumore di fase di un oscillatore (Marietti Vol. II). Il PLL come sintetizzatore di frequenza ad alta stabilità (Marietti Vol. II)

Stadi di potenza

• Valutazione delle non linearità di un amplificatore: definizione dei coefficienti di intermodulazione. Lo Spurious-free dynamic range (SFDR) di uno stadio di amplificazione (Appunti del docente).
• Stadi di potenza: classi di funzionamento A, AB, B, C. Definizione del rendimento e sua valutazione per le diverse classi. Topologie circuitali per il progetto degli amplificatori di potenza (Sedra-Smith, Appunti del docente).
• Dissipazione di calore nei circuiti. Resistenza termica e dimensionamento del dissipatore (Appunti del docente).
• Tecnica del Load-Pull per la valutazione dell’adattamento ottimo di un dispositivo in regime di grandi segnali (Appunti del docente).

Circuiti per la traslazione di frequenza

• Generalità e figure di merito del Mixer: guadagno di conversione, curva di compressione, frequenza immagine, simmetrie e bilanciamento, isolamento tra le porte (Marietti Vol. II).
• Il mixer e il moltiplicatore analogico a cella di Gilbert (Appunti del docente).
• Mixer doppiamente bilanciati a diodi, mixer bilanciati a Bjt (Marietti Vol. II).

Alimentatori di tensione

• Generalità su sorgenti di tensione a bordo del satellite (articolo Akagi_Justin_FA.pdf).
• Alimentatori ad alta efficienza, step-up e step-down (articolo Das.pdf, ST AN2389.pdf).

Tecniche di Radiation-Hardening dei semiconduttori

• Limiti funzionali dei dispositivi e degli apparati elettronici in ambiente spaziale (Appunti del docente).
• Processi di hardening, tecnologie disponibili radiation-hard e radiation-tolerant (Appunti del docente).
• Generalità sulla

progettazione di circuiti a banda frazionale stretta:Presentazione dello

schema a blocchi di un transponder su satellite

-

Adattamento in potenza

all’interfaccia tra blocchi circuitali a microonde

-

Definizione di guadagno di

traduzione, di guadagno di potenza e disponibile di una rete 2-porte

-

Definizione dei parametri di

Scattering di una rete 2-porte

-

Circuiti risonanti. Il fattore di

merito di una risonanza

-

Modelli a microonde di dispositivi

passivi

-

Elaborazione differenziale e

reiezione dei disturbi. La cella differenziale a BJT: derivazione della

trans-caratteristica statica e del modello di piccolo segnale per il modo

comune e per il modo differenziale

• Testi di riferimento: articolo Multichip.pdfKrauss – Cap. 3-4 e dispense del docente
• Reti di adattamento:

-

Requisiti di progetto di reti di

adattamento senza perdite: frequenza centrale, banda passante, rapporto di

trasformazione

-

Adattamento tra carichi complessi

-

Reti di adattamento antirisonanti

a presa centrale sul ramo capacitivo e induttivo. Cenni all'uso del

trasformatore accordato come rete di adattamento

-

Generalità sulle linee di

trasmissione. Impedenza di ingresso di una linea di trasmissione in funzione della

lunghezza della linea, dell’impedenza caratteristica e del carico. Reti di

adattamento a banda stretta realizzate con linea di trasmissione e stub

-

Linee a microstriscia. Reti di

adattamento a microstriscia su MMIC

-

Reti di adattamento a banda larga

basate su trasformatori a linea di trasmissione in coassiale

• Testi di riferimento: Krauss – Cap. 3 e dispense del docenteKrauss – Cap. 12
• Progetto

dell’amplificatore a basso rumore (LNA):

-

Richiami sulla stabilità di

amplificatori a banda frazionale larga. La stabilità di amplificatori a

microonde: coefficiente di Linville e di Stern per dispositivi

incondizionatamente stabili e potenzialmente instabili

-

Il rumore nei dispositivi. Modello

rumoroso di un BJT. Minimo segnale rivelabile. Fattore di rumore di una rete

2-porte. Fattore di rumore di una cascata di stadi .

-

Requisiti di progetto di un LNA:

compromesso tra specifiche in termini di rumore, guadagno e stabilità

-

Schema a blocchi di un

amplificatore a RF e a microonde

• Testi di riferimento: Krauss – Cap. 2, 4 e dispense del docente
• Circuiti per la generazione

di segnali sinusoidali:

-

Il criterio di Barkhausen .

-

Reti sfasatici: rete di Colpitts.

Oscillatori basati su rete di Colpitts

-

Definizione del coefficiente di

stabilità in frequenza

-

Quarzo e suo uso per la

stabilizzazione della frequenza .

-

Oscillatori LC basati su celle

differenziali in reazione positiva

-

Il rumore di fase di un

oscillatore - Il PLL come sintetizzatore

di frequenza ad alta stabilità

• Testi di riferimento: Krauss – Cap. 5-6 e dispense del docente
• Stadi di potenza:

-

Valutazione delle non linearità di

un amplificatore: definizione dei coefficienti di intermodulazione. Lo

Spurious-free dynamic range (SFDR) di uno stadio di amplificazione

-

Stadi di potenza: classi di

funzionamento A, AB, B, C. Definizione del rendimento e sua valutazione per le

diverse classi. Topologie circuitali per il progetto degli amplificatori di

potenza

-

Dissipazione di calore nei

circuiti. Resistenza termica e dimensionamento del dissipatore

-

Tecnica del Load-Pull per la

valutazione dell’adattamento ottimo di un dispositivo in regime di grandi

segnali

• Testi di riferimento: Krauss – Cap. 12-14 e dispense del docente
• Circuiti per la

traslazione di frequenza:-

Generalità e figure di merito del

Mixer: guadagno di conversione, curva di compressione, frequenza immagine,

simmetrie e bilanciamento, isolamento tra le porte -

Il mixer e il moltiplicatore

analogico a cella di Gilbert

-

Mixer doppiamente bilanciati a

diodi

• Testi di riferimento: Krauss – Cap. 7 e dispense del docente
• Alimentatori di

tensione:-

Generalità su sorgenti di tensione

a bordo del satellite

-

Alimentatori ad alta efficienza,

step-up e step-down

• Testi di riferimento: articolo Akagi_Justin_FA.pdfarticolo Das.pdf,ST AN2389.pdf.
• Tecniche di Radiation-Hardening dei

semiconduttori:

-

Limiti funzionali dei dispositivi

e degli apparati elettronici in ambiente spaziale

-

Processi di hardening, tecnologie

disponibili radiation-hard e radiation-tolerant

• Testi di riferimento: dispense del docente

Due domande orali

Dispense del docente.

Per approfondimenti si consigliano anche:

• H. L. Krauss and C. W. Bostian, Solid State Radio Engineering, http://www.csun.edu/~ih20409/SCHOOL1/Solid.State.Radio.Engineering(Krauss.1980).pdf
• L. Franchina e P. Marietti, Sistemi elettronici a banda frazionale stretta, Ed. ESA, 1994.

Fluidodinamica della Terra e dei pianeti, inclusi gli oceani, le atmosfere, oltre a la fluidodinamica del sole. In aggiunta a ciò viene presentata la fenomenologia magneto-idrodinamica.

Human factors in aerospace includes the effects of the aerospace environment on human physiology. This module provides the basics knowledge to study the effects of aerospace flight on the human body. The module addresses both aviation and spaceflight physiology. Aviation physiology includes aspects such as hypoxia, barotrauma, decompression sickness, biodynamics (acceleration, spatial disorientation, motion sickness, simulator sickness), night vision problems, thermal stress, noise and vibration, lifestyle. Human spaceflight physiology includes aspects such as microgravity effects, space adaptation syndrome, cardiovascular response, bone and muscle response, radiation effects in space, space hygiene, space nutrition, suborbital and parabolic flight.
Learning objectives After completing this course, the student will be able to: • Understand the impact of the aerospace environment on human physiology. • Analyze the physiological responses to hypoxia, barotrauma, and decompression sickness. • Understand the challenges and adaptations related to biodynamics. • Appraise the impact of night vision problems, thermal stress, noise, vibration, and lifestyle factors on human physiology. • Gain insights into the effects of microgravity on the human body. • Explore the phenomenon of space adaptation syndrome for human space travelers. • Understand the cardiovascular responses to spaceflight conditions. • Explore the effects of radiation in space on human health. • Investigate space hygiene considerations relevance to prolonged space missions. • Understand the importance of space nutrition for sustaining astronaut health.
The Space Medicine module aims to equip students with a comprehensive understanding of the unique challenges posed by space travel on human health. The module focuses on developing expertise in space-related medical issues, including the diagnosis, monitoring, prevention, and treatment of space-specific health concerns. Students will also explore the intricacies of life support systems, telemedicine applications, and the role of nutrition and exercise in sustaining astronaut well-being. By the end of the course, learners will be able to address the complex medical needs of individuals in space missions, especially focused on long term permanence in space and to issues related to space exploration and human settlement beyond Earth.
Learning objectives After completing this course, the student will be able to: Gain competence in the diagnosis and treatment of space-specific medical conditions. Explore life support systems and their critical role in sustaining human life in space. Understand the principles and applications of health monitoring and telemedicine for remote healthcare in space. Understand the role of nutrition and exercise in maintaining astronaut health and well-being. Gain competence on countermeasures to the challenges of bone and muscle health in microgravity. Understand the basic aspects of strategies for cardiovascular and immune system health maintenance during space travel. Understand the psychological and social dynamics of astronaut teams and strategies for promoting mental health. Explore the ethical considerations and challenges related to medical decision-making in space missions. Examine the impact of space radiation on human health and develop strategies for mitigation.

Questo corso offre la possibilità di integrare la preparazione acquisita nei corsi di base con metodologie avanzate in grado di analizzare i sistemi propulsivi operanti a velocità ipersonica. Il corso è principalmente focalizzato sui sistemi propulsivi di tipo air-breathing ad alta velocità, con e senza turbomacchine. Nel corso saranno discussi nel dettaglio i principali componenti quali prese dinamiche ad alta velocità, mescolatori, isolatori, combustori e ugelli. Obiettivi formativi Generale Gli obiettivi formativi prevedono l’acquisizione della conoscenza di base e delle competenze necessarie per studiare ed analizzare l’aerotermodinamica e le prestazioni, in condizioni di progetto e fuori progetto, di sistemi propulsivi di tipo air-breathing operanti a velocità ipersoniche quali ramjet e scrambjet, sistemi propulsivi basati sulla detonazione e sistemi propulsivi a ciclo combinato. Dettagliati Una volta completato il corso lo studente sarà in grado di: - Calcolare le prestazioni di un sistema propulsivo di tipo ramjet/scramjet - Discutere i principi di funzionamento di una presa d’aria supersonica e ipersonica - Utilizzare modelli ridotti per analizzare il ciclo termodinamico e calcolare le prestazioni di sistemi propulsivi di tipo air-breathing e di sistemi propulsivi a ciclo combinato operanti a velocità supersoniche e ipersoniche - Sfruttare le conoscenze acquisite per essere in grado di effettuare criticamente la scelta del sistema propulsivo ipersonico per una data missione - Condurre un progetto preliminare dei principali sottosistemi di un sistema di propulsione ipersonica

Il corso tratta la progettazione e l'impatto ambientale delle camere di combustione delle turbine a gas di applicazione aeronautiche, con particolare attenzione alle tecniche di modellazione numerica delle stesse. Gli argomenti trattati dal corso sono elencati di seguito.

Capitolo 0 Introduzione

Capitolo 1 Contesto generale

Capitolo 2 Contesto tecnico

Capitolo 3 Prestazioni

Capitolo 4 Componenti

Capitolo 5 Tecnologie future prevedibili

• General Background
• Technical Background
• Hypersonic Aerospace System Performance
• Hypersonic Airbreathing Engine PerformanceAnalysis
• Compression Systems or Components
• Combustion System Processes and Components
• Expansion Systems or Components
• Airbreathing Propulsion Systems

La valutazione prevede una prova orale di un elaborato di gruppo prodotto facoltativamente durante il corso.

William H. Heiser, David T. Pratt. Hypersonic Airbreathing Propulsion, AIAA Educational Series

William H. Heiser, David T. Pratt. Hypersonic Airbreathing Propulsion, AIAA Educational Series

Fornire i fondamenti dell'aerodinamica ipersonica e le metodologie per la soluzione dei flussi ipersonici.

Programma sintetico

Peculiarita' dei flussi ipersonici rispetto ad altri tipi di flussi. Un esempio di flusso

ipersonico: il flusso di rientro. Effetti dell'alto numero di Mach in flussi su corpi tozzi e

affusolati. Indipendenza dal numero di Mach. Similitudine ipersonica e parametri di similitudine.

Riscaldamento aerodinamico. Strato limite laminare in regime ipersonico. Soluzione del flusso su lastra piana e nell'intorno

del punto di ristagno. Cenni alla transizione in regime ipersonico ed al flusso di strato limite turbolento in regime

ipersonico. Interazione tra strato limite e flusso esterno: interazione viscosa forte e debole.

Effetti delle alte temperature: eccitazione vibrazionale, dissociazione e ricombinazione

molecolare, ionizzazione. Processi termochimici in equilibrio ed in non-equilibrio e loro

modellizzazione. Modelli di flusso viscoso e non viscoso in equilibrio ed in non-equilibrio.

Esempi di modelli termochimici (ossigeno, aria). Analisi del flusso a valle di un urto. Flusso di

strato limite reagente. Cataliticita' della parete. Applicazioni dei flussi ipersonici: gallerie

ipersoniche, velivoli di rientro e di crociera ipersonica.

Programma dettagliato delle lezioni e delle esercitazioni

Lez. 01 : Introduzione. Quando un flusso può dirsi ipersonico.

Lez. 02 : Flusso ipersonico su una rampa in piccole perturbazioni. Equazione semplificata del potenziale per flussi ipersonici.

Lez. 03 : Similitudine ipersonica.

Lez. 04 : Principio di equivalenza ipersonico.

Lez. 05 : Analogia con le onde di esplosione.

Lez. 06 : Equazioni per flussi ipersonici viscosi

Lez. 07 : Equazioni dello strato limite nel caso di flussi su lastra piana e di flusso nell'intorno del punto di ristagno.

Lez. 08 : Requisiti aerodinamici e termici per velivoli di rientro e da crociera ipersonica.

Lez. 09 : La transizione da flusso laminare a flusso turbolento in regime ipersonico.

Lez. 10 : Il fenomeno dell'interazione viscosa.

Lez. 11 : Introduzione ai fenomeni termochimici. Proprietà delle miscele di gas e cenni di cinetica chimica.

Lez. 12 : Energia vibrazionale e interazione tra non-equilibrio vibrazionale e non equilibrio chimico.

Lez. 13 : Le equazioni di un flusso reagente non viscoso. Flussi in equilibrio chimico, flussi in non equilibrio e flussi congelati.

Lez. 14 : Le equazioni di un flusso reagente viscoso. Flussi reagenti in prossimità di pareti. Cataliticità della parete.

Lez. 15 : Flussi ipersonici in galleria e requisiti per la similitudine dei flussi ad alta entalpia. Gallerie ad arco e gallerie balistiche.

Lez. 16 : Gallerie a tubo d'urto.

Lez. 17 : Flussi rarefatti. Numero di Knudsen, Regime delle molecole libere, regime del continuo, Regimi di transizione. Modellizzazione delle correnti slittanti.

Lez. 18 : Irraggiamento del gas e flussi con irraggiamento.

Lez. 19 : Disegno aerodinamico di velivoli ipersonici (velivoli di rientro)

Lez. 20 : Disegno aerodinamico di velivoli ipersonici (velivoli da crociera). Waverider

Lez. 21 : Lezione conclusiva. Descrizione dei temi per tesi di laurea.

Es. 01 : Calcolo della traiettoria balistica di una capsula di rientro sulla Terra.

Es. 02 : Calcolo delle temperature, pressioni, flussi termici, fattori di carico ed ecc. durante il rientro balistico di una capsula.

Es. 03 : Calcolo della traiettoria balistica di una capsula di rientro su Marte.

Es. 04 : Calcolo dello strato limite su di una lastra piana investita da una corrente ipersonica (caso adiabatico) utizzando le equazioni dello strato limite e Matlab.

Es. 05 : Calcolo numerico dello strato limite su di una lastra piana adiabatica investita da una corrente ipersonica utilizzando il codice di calcolo CFD++

Es. 06 : Calcolo dello strato limite su di una lastra piana isoterma e in equilibrio radiativo investita da una corrente ipersonica utilizzando il codice di calcolo CFD++

Es. 07 : Calcolo numerico di un flusso reagente non viscoso attorno as un cilindro investito da una corrente ipersonica utilizzando il codice di calcolo CFD++

Es. 08 : Calcolo numerico di un flusso reagente viscoso attorno ad un cilindro investito da una corrente ipersonica utilizzando il codice di calcolo CFD++: caso con parete completamente catalitica, non catalitica e parzialmente catalitica .

Es. 09 : Calcolo di una galleria a tubo d'urto.

Es. 10 : Calcolo numerico di flussi reagenti in non-equilibrio chimico in un divergente di una galleria ipersonica mediate CFD++

Es. 11 : Ottimizzazione della forma di un profilo per minimizzare la resistenza a portanza nulla. Calcolo dell'ogiva.

Es. 12 : Derivazione di un waverider da un cuneo. Simulazione con CFD++ di flusso 3D sul cuneo e sul waverider. Analisi dei campi fluidodinamici e analisi delle prestazioni

Es. 13 : Derivazione di un waverider da un flusso su cono. Simulazione con CFD++ di flusso 3D sul waverider. Analisi dei campi fluidodinamici e analisi delle prestazioni

Durante la prova orale in aggiunta agli argomenti teorici del corso gli studenti dovranno mostrare le esercitazioni pratiche svolte durante il corso.

Se le condizioni lo permetteranno l'esame potrà essere svolto in presenza, ma in ogni caso sarà possibile svolgere l'esame da remoto.

J. D. Anderson, Jr.

Hypersonic and High Temperature Gas Dynamics, Third Edition, 2019, AIAA

Il corso mira a fornire una comprensione completa di payload scientifici e di navigazione di un veicolo spaziale e della loro integrazione a bordo. Il corso offre agli studenti la possibilità di sviluppare le competenze necessarie per comprendere le sfide della progettazione di strumenti a partire da requisiti di prestazioni di alto livello fino ai requisiti di implementazione di basso livello. La prima parte del corso si concentra sugli aspetti tecnici, a partire dalla progettazione del carico utile fino alla sua integrazione finale all'interno del veicolo spaziale. Questi aspetti tecnici includono: scopo e requisiti di uno strumento; interfacce di alimentazione e dati con il veicolo spaziale; compatibilità meccanica, termica ed elettromagnetica con altra strumentazione di bordo in un determinato ambiente; massa, volume e consumo di energia/potenza dello strumento e loro impatto sulla progettazione del veicolo spaziale. Questo modulo affronta le principali fasi di progettazione e revisione di uno strumento e la campagna di test prima di essere integrato nel satellite o sonda spaziale. Questo modulo affronta anche le sfide progettuali incontrate nell’adattare uno strumento alle operazioni in diversi scenari di missione. Ad esempio, la selezione del lanciatore gioca un ruolo importante nel determinare l'ambiente di vibrazione degli strumenti, oppure le tolleranze alla radiazione che vengono richieste possono variare in modo assai significativo a seconda del profilo di missione. La seconda parte del corso verte sull'analisi dei carichi utili e delle loro principali caratteristiche e finalità. Per un insieme di strumenti selezionati si analizzeranno le scelte progettuali e i principali problemi da affrontare. Lo studente avrà già in parte acquisito familiarità con questi aspetti durante la prima parte del corso. Le caratteristiche tecniche e i requisiti dello strumento verranno confrontati con le prestazioni e i requisiti di misura sulla base di alcuni esempi concreti. I carichi utili che verranno analizzati sono scelti tra: altimetri laser, transponder radio, spettrometri, radar, fotocamere, accelerometri, magnetometri, analizzatore di particelle e riflettori laser (possono variare ogni anno). Le misurazioni scientifiche e le informazioni che possono fornire vengono analizzate indipendentemente per ogni strumento, evidenziandone le sinergie. Ad esempio, i dati dell'altimetro laser possono essere combinati con i dati di tracciamento radio per misurare maree di superficie e gravitazionale dei corpi celesti, fornendo dati essenziali per determinare la struttura interna di quei corpi. Il background teorico che gli studenti hanno sviluppato durante la laurea triennale e magistrale viene applicato in un contesto che consente allo studente di comprendere le sfide della realizzazione di strumentazione avanzata, qualificata per lo spazio.
Al termine del corso, lo studente acquisirà le seguenti competenze:
1) Comprendere le interfacce (meccaniche, elettriche, termiche) tra lo strumento e il veicolo spaziale; 2) Comprendere i requisiti dello strumento e il suo impatto sulla progettazione del veicolo spaziale; 3) Valutare l'impatto sulla progettazione strumentale dell'ambiente operativo; 4) Acquisire la capacità di scrivere requisiti chiari per lo sviluppo e l’integrazione del payload nei veicoli spaziali; 5) Comprendere le funzioni e gli obiettivi dello strumento nel contesto della missione e l'utilizzo dei dati da parte dell'utente finale. 6) Acquisire conoscenze su alcuni degli strumenti più utilizzati nell'esplorazione spaziale.

Strumenti scientifici:

• Camere
• Spettrometri
• Radioscienza
• Altimetri
• Accelerometri
• Magnetometri
• Analizzatori di plasma

Presentazione di uno strumento di una missione spaziale e successivo esame orale.

Diapositive del corso distribuite dal docente.

Lo scopo del corso è quello di preparare lo studente alla progettazione delle traiettorie per missioni interplanetarie sia dal punto di vista teorico che quello applicativo. A tal fine lo studio degli argomenti, sia di base che avanzati, è costantemente affiancato da esercitazioni numeriche. Gli strumenti necessari alle simulazioni sono interamente sviluppati dagli studenti durante il corso e applicati a missioni reali.

Il corso si compone di quattro parti. Prima parte: studio dell’architettura di un software per l’ottimizzazione della traiettoria di una missione interplanetaria. La Meccanica del Volo Spaziale, le tecniche di ottimizzazione (diretta ed indiretta), ed il non-linear programming, saranno applicati per la realizzazione di un software per l’ottimizzazione della traiettoria di una missione interplanetaria. Questa parte prevede anche lo studio delle vele solari e dei suoi modelli di spinta. Seconda parte: noto il problema dei tre corpi circolare, si studieranno le traiettorie periodiche e quasi periodiche intorno ai punti lagrangiani: orbite Liapunov, Lissajous ed Halo. Si svilupperanno dei codici di calcolo per ottenere orbite Liapunov intorno ai punti lagrangiani del sistema Terra-Luna. Successivamente si troveranno le traiettorie balistiche che connettono tra di loro le orbite Liapunov utilizzando manifolds stabili, instabili e mappe di Poincarè. Terza parte: in questa parte si affronta lo studio delle caratteristiche dell’orbita intorno al pianeta/luna obiettivo della missione. Si studiano la traccia a terra, le condizione di periodicità, d’illuminazione e le orbite frozen per soddisfare al meglio i requisiti di missione. Quarta parte: si introducono i trasferimenti a quattro corpi. In particolare si studieranno i trasferimenti a minima energia Terra-Luna (trasferimenti Belbruno).

valutazione delle esercitazioni numeriche proposte durante il corso e domande orali sul programma

dispense e copie di capitoli di libri

L'obiettivo del corso è fornire una conoscenza di base sul funzionamento delle parti che costituiscono gli endoreattori a propellente liquido, e del sistema nel suo insieme. La parti principali analizzati nel corso sono il sistema di alimentazione, il sistema di raffreddamento in funzione delle elevate pressioni richieste per avere elevate efficienze, anche in vista di una maggiore sostenibilità ambientale della propulsione spaziale. E' obiettivo del corso fornire agli studenti gli elementi base per lo studio delle turbomacchine e dell'instabilità di combustione.

Introduzione. Programma del corso. Modalità di studio ed esame

Motivazioni e metodi per ottenere elevate pressioni in camera di combustione

Progettazione ugelli e ugelli non convenzionali

Sistemi di raffreddamento negli endoreattori a propellente liquido

Serbatoi: tipologie, materiali, dimensionamento di massima

Sistemi di alimentazione a gas pressurizzante

Caratteristiche generali dei sistemi alimentati a turbopompe e confronto con i sistemi a gas pressurizzante

Turbomacchine negli endoreattori: equazioni di bilancio, equazione di Eulero per le turbomacchine, metodi per l’analisi del flusso, triangoli di velocità, grado di reazione, rendimenti

Pompe: parametri adimensionali e curve caratteristiche, cenni al problema della cavitazione

Turbine assiali: parametri adimensionali, prestazioni e classificazione, turbine ad azione a salti di pressione e di velocità

Gruppo turbopompa: possibili configurazioni, velocità di rotazione, limiti

Sorgenti di gas per turbine: cicli aperti e chiusi

Endoreattori con ciclo a generatore di gas ed expander bleed: analisi prestazioni sulla base di bilanci di potenza e perdite nel flusso secondario

Endoreattori con ciclo a combustione stadiata ed expander: analisi prestazioni sulla base di bilanci di potenza e possibili varianti

Introduzione alle instabilità di combustione

La prova orale della durata di circa 45 minuti si svolge di fronte alla commissione di esame ed è organizzata in tre parti:

1) discussione di una delle esercitazioni svolte in gruppo durante il corso

2) discussione di uno degli argomenti di base trattati nel corso (esempi sono: sistema di raffreddamento, pressurizzazione serbatoi, turbopompe, turbine, ...)

3) discussione critica di una sistema LRE.

Criteri di valutazione

A) Voto eccellente: 29-30 (circa 16% degli esami superati). Lo studente mostra un'ottima conoscenza del programma d'esame, senza lacune e applica brillantemente la conoscenza acquisita.

B) Voto molto buono: 27-28 (circa 21% degli esami superati). Lo studente mostra un'ottima conoscenza del programma d'esame, senza lacune, ma è in grado di applicare solo parzialmente la conoscenza acquisita; lo studente mostra una buona conoscenza del programma d'esame, con qualche lacuna che non pregiudica una brillante applicazione della conoscenza acquisita.

C) Voto buono: 25-26 (circa 33% degli esami superati). Lo studente mostra una buona conoscenza dei principali argomenti del programma d'esame, ed è in grado di applicare la conoscenza acquisita.

D) Voto soddisfacente: 23-24 (circa 20% degli esami superati). Lo studente mostra la conoscenza di una buona parte del programma d'esame, ed è capace di applicare la conoscenza acquisita relativamente a parti del programma.

E) Voto sufficiente: 18-23 (circa 10% degli esami superati). Lo studente presenta evidenti lacune di conoscenza del programma, mostra tuttavia di aver acquisito le minime conoscenze richieste.

Dispense rese disponibili dal docente sulle pagine del corso al sito web https://elearning.uniroma1.it

Ronald W. Humble, Gary N. Henry, Wiley J.Larson. “Space propulsion analysis and design” Space Technology Series, first edition revised, New York, The McGraw-Hill companies, 1995.

Sutton G.P., ``Rocket Propulsion Elements'', An Introduction to the Engineering of Rockets, Sixth Edition, John Wiley and Sons, Inc., 1992.

D.K. Huzel, D.H. Huang, “Design of Liquid Propellant Rocket Engine”, AIAA Series, Progress in Astronautics & Aeronautics, Vol.147.

Stephen D. Heister, William E. Anderson, Timothée L. Pourpoint, R. Joseph Cassady, "Rocket Propulsion", Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2019. https://doi.org/10.1017/9781108381376

Prima di accedere alla laurea magistrale in Ingegneria Spaziale gli allievi hanno acquisito conoscenze fondamentali relative al moto dei fluidi tramite corsi dedicati agli aspetti fondamentali di aerodinamica e gasdinamica.
Questo livello base, seppur fondamentale, non sono tuttavia sufficienti a capire come i fluidi, anche quelli più comuni, si comportino in microgravità. Il peso ridotto introduce ulteriore complessità legata al fatto che forze superficiali, quali la tensione superficiale, che sono normalmente trascurabili sulla Terra diventano essenziali. Per di più la lunga permanenza nell spazio in ambienti necessariamente ristretti richiede di acquisire confidenza con il comportamento più complesso dei fluidi biologici per capire come si comportano fluidi con reologia più esotica.
In questo contesto, il corso di Microgravity Flows è dedicato a fornire agli allievi interessati all’ambiante della microgravità gli strumenti appropriati per capire e progettare applicazioni fluidiche nel contesto della scienza dello spazio. L’obiettivo finale è formare gli allievi in modo che sappiamo identificare le sfide poste dal moto dei fluidi nel contesto dei sistemi spaziali immolo da proporre soluzioni efficaci a proemi relativi alla dinamica dei fluidi nel contesto della definizione del carico utile di una missione spaziale e della progettazione di sistemi di bordo e delle missioni con equipaggio umano.
In questo contesto il corso persegue i seguenti obiettivi formativi:
Conoscenza il corso:

• Fornisce la comprensione di base delle equazioni che governano il moto dei fluidi basandosi sui principi fondamentali fino ad portare gli allievi a padroneggiare i modelli reologici fondamentali, gli effetti di superficie e i processi di cambiamento di fase nei fluidi in condizioni di microgravità. - Istruisce gli allievi sul comportamento dei materiali soffici e due fluidi fisiologici, con particolare enfasi sull’emodinamica ed il comportamento dei fluidi linfatici e sula loro risposta all’ambiente spaziale, - Fornisce la comprensione del moto dei fluidi sulla dinamica del veicolo spaziale. Competenze: Il corso fornisce le seguenti competenze operative: - Capacità di identificare il modello più corretto per descrivere i differenti tipi di moto che si realizzano in microgravità in relazione ai diversi contesti applicativi. - Capacità di concepire sistemi microfluidici e definire le relative procedure di fabbricazione a livello prototipale. - Capacitò di tradurre i modelli matematici in algoritmi di calcolo. - Capacità di realizzare simulazioni numeriche e interpretare i risultati. - Capacità di i) definire la caratteristiche principali di esperimenti che coinvolgono il moto di fluidi in micrigravità; ii) selezionare le piattaforme più appropriate per la loro realizzazione; iii) interpretare i dati sperimentali.
  Abilità trasversali. Il corso cura in particolare lo sviluppo delle seguenti abilità trasversali: - Realizzazione di rapporti tecnico-scientifici riguardanti il moto dei fluidi in ambiente spaziale. - Attitudine al lavoro in condizioni cooperative, con attenzione alla capacità di proporre e sostenere soluzioni originali in un dato contesto tecnico-scientifico. - Capacità comunicative, con particolare riguardo alla discussione pubblica di aspetti riguardanti il moto dei fluidi in microgravità in presenza di attorio sia tecnico che non-specialistico.

Il corso è progettato per impegnare 6 CFU e tratterà gli argomenti ripotati nel seguente programma:

• Introduzione: il moto dei fluidi in microgravità.
• Le basi atomistiche della meccanica dei fluidi. Elementi di meccanica statistica. Descrizioni di mesoscale e le equazioni di conservazione di massa, quantità di moto e energia. La descrizione macroscopica del moto dei fluidi.
• La reologia di fluidi semplici e complessi e le basi termodinamiche delle relazioni costitutive (disequazione di Clausius-Duhem, principio di Curie, ed il teorema di reciprocità di Onsager).
• Processi di diffusione in fluidi multicomponente.
• Flussi multifase e i trasporto di colare in microgravità.
• Cambiamento di fase: cavitazione, ebollizione cavitation, pool boiling, cristallizzazione e fusione.
• Fenomeni capillari: Tensione superficiale, effetto Marangoni indotto da gradienti di temperatura e composizione. Ponti liquidi, elettrocapillarità ed elettrowetting.
• Materiali soffici, permeabilità, “swelling”, elasto-capillaritaà.
• Emodinamica in microgravità: la struttura dei vasi sanguigni, la reologia del sangue, la risposta del’endotelio al flusso, Processi di diffusione nei tessuti ed il sistema linfatico. Embolia.
• Concezione e progettazione di celle microfluidiche: “soft-lithography, pompe capillary, valvole, circuiti microfluidici.
• Flussi di gander scala in microgravità: “sloshing” di liquidi, forze di reazione sui serbatoi, liquidi a superficie libera in microgravità. L’effetto dello sloshing sulla dinamica dei veicoli spaziali.
• Flussi di gas in ambienti a bassa pressione, micro getti e relative spinte.
• Tecniche computazionali per i flussi in microgravità.
• Principali apparati per la sperimentazione in microgravità.
• Il corso è progettato per impegnare 6 CFU e tratterà gli argomenti ripotati nel seguente programma:- Introduzione: il moto dei fluidi in microgravità.- Le basi atomistiche della meccanica dei fluidi. Elementi di meccanica statistica. Descrizioni di mesoscale e le equazioni di conservazione di massa, quantità di moto e energia. La descrizione macroscopica del moto dei fluidi.- La reologia di fluidi semplici e complessi e le basi termodinamiche delle relazioni costitutive (disequazione di Clausius-Duhem, principio di Curie, ed il teorema di reciprocità di Onsager).- Processi di diffusione in fluidi multicomponente.- Flussi multifase e i trasporto di colare in microgravità.- Cambiamento di fase: cavitazione, ebollizione cavitation, pool boiling, cristallizzazione e fusione.- Fenomeni capillari: Tensione superficiale, effetto Marangoni indotto da gradienti di temperatura e composizione. Ponti liquidi, elettrocapillarità ed elettrowetting.- Materiali soffici, permeabilità, “swelling”, elasto-capillaritaà.- Emodinamica in microgravità: la struttura dei vasi sanguigni, la reologia del sangue, la risposta del’endotelio al flusso, Processi di diffusione nei tessuti ed il sistema linfatico. Embolia.- Concezione e progettazione di celle microfluidiche: “soft-lithography, pompe capillary, valvole, circuiti microfluidici.- Flussi di gander scala in microgravità: “sloshing” di liquidi, forze di reazione sui serbatoi, liquidi a superficie libera in microgravità. L’effetto dello sloshing sulla dinamica dei veicoli spaziali.- Flussi di gas in ambienti a bassa pressione, micro getti e relative spinte.- Tecniche computazionali per i flussi in microgravità.- Principali apparati per la sperimentazione in microgravità.
• Testi di riferimento: 1. Micro/Nanofluidics, Dispense a cura del Docente. 2. Microflow and Nanoflow, G. Karniadakis, A. Beskok, N. Aluru, Springer.3. Introduction to Microfluidics, P. Tabeling, S. Chen, Cambridge University.

La valutazione dell’allievo avviene tramite un esame con una parte scritta di 3 ore seguita da una prova orale, tipicamente sostenuta il giorno seguente quello della prova scritta.

La prova scritta consiste nel rispondere ad una serie di domande aperte (tipicamente quattro) relative alle diverse parti del programma svolto a lezione. Ciascuna risposta è valutata con un voto da 1 a 10 ed il voto relativo alla prova scritta è ottenuto come media dei voti delle risposte riportata in trentesimi. Fa seguito una prova orale dedicata alla discussione della prova scritta e all’approfondimento di ulteriori temi, in particolare connessi alle lezioni di laboratorio ed ad aspetti approfonditi in autonomia dall’allievo.

La struttura dell’esame viene ampiamente illustrata e discussa con gli allievi sia nella lezione di presentazione del corso che alla fine del semestre.

La prova di esame mira a valutare quanto l’allievo abbia acquisito le competenze descritte negli obiettivi formativi, con particolare riferimento alla:

a) comprensione dei concetti e delle tecniche di analisi illustrati durante le lezioni;

b) capacità di apprendere in autonomia;

c) capacità di analizzare in modo critico un problema di micro-nanofluidica.

d) capacità di sintesi e abilità comunicativa.

1. Micro/Nanofluidics, Dispense a cura del Docente.

2. Microflow and Nanoflow, G. Karniadakis, A. Beskok, N. Aluru, Springer.

3. Introduction to Microfluidics, P. Tabeling, S. Chen, Cambridge University.

GENERALI

L’obiettivo del modulo è quello di fornire una conoscenza solida e coordinata dei fenomeni, dei materiali, dei dispositivi e delle tecniche optoelettroniche e a microonde per sistemi spaziali di telerilevamento e osservazione della terra. Lo studente acquisirà padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei principali sistemi di sensori ottici e alle microonde, sistema radiante incluso.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere i fenomeni, i materiali a semiconduttore e dielettrici, i dispositivi e le tecniche optoelettroniche e a microonde per la trasmissione dell’informazione inclusi alcuni tipi di antenne per applicazioni spaziali, array di antenne, il radiometro e radar polarimetrico (elementi di Riflettometria GNSS inclusa), sistemi lidar e sensori in fibra ottica.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto in base alle specifiche relative ai contesti applicativi spaziali.
• Autonomia di giudizio: capacità di progettazione e valutazione delle prestazioni dei principali componenti per le applicazioni sensoristiche.
• Abilità comunicative: capacità di comunicare in forma scritta attraverso relazioni e in forma orale durante discussioni tecniche in aula e all’esame sui contenuti della disciplina.
• Capacità di apprendimento: capacità di apprendere attraverso l’uso di materiali di diverso tipo: dispense, materiale tecnico scientifico disponibile in rete e attraverso le esperienze di laboratorio.

OBIETTIVI FORMATIVI DEL SOLO MODULO OPTICAL SENSORS

===================================================

GENERALI

L’obiettivo del modulo è quello di fornire una conoscenza solida e coordinata dei fenomeni, dei materiali, dei dispositivi e delle tecniche optoelettroniche per sistemi spaziali di telerilevamento e osservazione della terra. Lo studente acquisirà padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei principali sistemi di sensori ottici.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere i fenomeni, i materiali a semiconduttore e dielettrici, i dispositivi e le tecniche optoelettroniche per la trasmissione dell’informazione, inclusi sistemi lidar e sensori in fibra ottica.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto in base alle specifiche relative ai contesti applicativi spaziali.
• Autonomia di giudizio: capacità di progettazione e valutazione delle prestazioni dei principali componenti per la applicazioni sensoristiche.
• Abilità comunicative: capacità di comunicare in forma scritta attraverso relazioni e in forma orale durante discussioni tecniche in aula e all’esame sui contenuti della disciplina.
• Capacità di apprendimento: capacità di apprendere attraverso l’uso di materiali di diverso tipo: dispense, materiale tecnico scientifico disponibile in rete e attraverso le esperienze di laboratorio.

OBIETTIVI FORMATIVI DEL SOLO MODULO MICROWAVE SENSORS

======================================================

Conosce e comprendere principi di base della teoria delle microonde e del funzionamento dei sistemi di telerilevamento a microonde, sistema radiante incluso. Acquisire conoscenze e abilità per l'analisi delle prestazioni di alcuni tipi di antenne per applicazioni spaziali. Conoscere e comprendere il principio funzionamento di un array di antenne. Conoscere e comprendere il principio di funzionamento di due sensori per il telerilevamento a microonde: Radiometro e Radar Polarimetrico (elementi di Riflettometria GNSS inclusa).

Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei sensori ottici e a microonde per le applicazioni spaziali in particolare per il telerilevamento e le osservazioni della terra con le corrispondenti specifiche di progetto, sia attraverso lezioni frontali che attraverso esperienze di laboratorio.

Al termine del corso lo studente sarà in grado di eseguire il progetto di sensori e sistemi di sensori, sperimentare il principio di funzionamento, misurare le prestazioni e dimostrare la conformità alle specifiche di progetto.

Modulo: MICROWAVES SENSORS
N/D
Modulo: OPTICAL SENSORS
Introduzione alla strumentazione ottica (2 ore)

Proprietà ottiche dei semiconduttori. Sorgenti ottiche LED e LASERS per frequenze visibili, vicino, medio e lontano infrarosso. (4 ore)

Fotorivelatori a semiconduttore per frequenze visibili, vicino, medio e lontano infrarosso. (4 ore)

Rumore nei fotorivelatori – rapporto segnale rumore e progetto di ricevitori ottici. (4 ore)

Sensori di immagine CMOS and CCD. (4 ore)

Introduzione e caratteristiche di fibre ottiche. (3 ore)

Sensori a reticoli di Bragg su fibra ottica. (3 ore)

Sistemi LIDAR . (3 ore)

Esercitazioni in laboratorio. (3 ore)

Modulo: MICROWAVES SENSORS

• Maxwell equation
• Polarization of the EM field and Stokes Vector
• Introduction to Microwave Theory and Transmission Line Theory
• Fundamentals of Antennas
• Representation of a random scattered field
• Thermal Radiation and Plank law
• Radiometer System
• Polarimetric Radar

Modulo: OPTICAL SENSORS

• Argomento 1. Introduzione alla strumentazione ottica.
• Argomento 2. Proprietà ottiche dei semiconduttori.
• Argomento 3. Sorgenti ottiche LED e LASERS per frequenze visibili, vicino, medio e lontano infrarosso.
• Argomento 4. Fotorivelatori a semiconduttore per frequenze visibili, vicino, medio e lontano infrarosso.
• Argomento 5. Rumore nei fotorivelatori – rapporto segnale rumore e progetto di ricevitori ottici.
• Argomento 6. Sensori di immagine CMOS and CCD.
• Argomento 7. Introduzione e caratteristiche di fibre ottiche.
• Argomento 8. Sensori a reticoli di Bragg su fibra ottica.
• Argomento 9. Sistemi LIDAR
• Esercitazioni in laboratorio.

Colloquio orale su due argomenti del corso.

Modulo: MICROWAVES SENSORS
N/D
Modulo: OPTICAL SENSORS
G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004

• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile sul sito web

Classroom (richiesta registrazione)

Modulo: MICROWAVES SENSORS
N/D
Modulo: OPTICAL SENSORS
G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004

• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile sul sito web

Il corso ha come obiettivo l'insegnamento delle metodologie per la modellizzazione e l'analisi di sistemi spaziali complessi quali i sistemi Multibody in ambiente spaziale.

Il corso si propone di dare un'introduzione allo studio della dinamica multicorpo dei sistemi strutturali spaziali. La prima parte prevede la descrizione cinematica dei corpi rigidi attraverso la proposizione di varie possibili parametrizzazioni atte a rappresentare l'orientazione dei corpi nello spazio. Segue quindi la trattazione del problema dinamico per corpi rigidi soggetti a vari tipi di vincolo (integrabili e non), seguita dalla formulazione delle equazioni del moto basata su due differenti metodologie - le equazioni di Kane, a partire dal principio di D'Alembert, e le equazioni di Newton-Eulero basate sulla descrizione Lagrangiana del moto. Sono quindi proposti brevi cenni di teoria dell'elasticità nei quali viene presentata una formulazione ristretta per il campo degli spostamenti indotti dal processo deformativo quale strumento per ridurre la dimensione del problema elastico. La dinamica dei sistemi di corpi deformabili è in seguito presentata ponendo particolare attenzione sull'insorgenza di accoppiamenti nonlineari tra moto rigido e spostamenti di natura deformativa. Infine è proposto un approccio agli elementi finiti per la soluzione problema dinamico, presentando differenti formulazioni atte a garantire una corretta rappresentazione energetica del moto, con brevi accenni al problema di corpi soggetti a grandi deformazioni. Il corso è integrato da un seminario di quattro lezioni da due ore ciascuna sulla simulazione numerica della dinamica di sistemi multicorpo attraverso l'uso del software Adams sviluppato da MSC.

L'esame si svolge attraverso un colloquio orale che verte sugli argomenti del programma del corso affrontati a lezione più la discussione di una esercitazione numerica. In particolare, l'esame si compone di quattro domande che possono comportare l'esecuzione scritta da parte dell'esaminando di esercizi, dimostrazioni ecc. Esse hanno l'obiettivo di valutare:

a) La conoscenza degli aspetti metodologico-operativi di base del corso. Questo elemento è valutato tramite al richiesta di eseguire la dimostrazione matematica di un risultato notevole discusso durante il corso;

b) La capacità di saper applicare le competenze acquisite. Questo aspetto è valutato tramite le richiesta di completare un breve esercizio scritto basato sull'applicazione dei concetti presentati durante il corso;

c) Essere in grado di formulare una propria valutazione sulla base delle informazioni disponibili. Questo elemento è valutato ponendo una domanda aperta sugli argomenti del corso la cui risposta, seppur non direttamente espressa a lezione, è logicamente derivabile dagli stessi.

d) La capacità di apprendimento. Questo aspetto è valutato richiedendo allo studente di mettere in relazione argomenti differenti del corso, evidenziando parallelismi e rapporti di logici di causa-effetto.

Per superare l'esame occorre conseguire un voto non inferiore a 18/30. Lo svolgimento dell'esercitazione può garantire un contributo alla votazione finale nel range 0/30-3/30. Lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente degli argomenti di descrizione del moto e di formulazione dell'equilibrio di sistemi di corpi rigidi e deformabili con i relativi vincoli, una conoscenza di base della formulazione ristretta del problema elastico e delle relative tecniche di discretizzazione e di essere in grado di mettere in relazione logica gli argomenti principali del corso.

Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, essendo in grado di raccordarli in modo logico e coerente.

Le lezioni del corso fanno riferimento a delle dispense scritte dal docente accessibili e scaricabili dagli studenti sul sito del corso.

[1] A.A. Shabana, Dynamics of Multibody Systems, Cambridge University Press, New York (2005).

[2] F. Amirouche, Fundamentals of Multibody Dynamics: Theory and Applications, Birkhauser, Boston (2006).

[3] C.R. Roithmayr, D.H. Hodges, Dynamics: Theory and Application of Kane's Method, Cambridge University Press, New York (2016).

[4] T.R. Kane, Spacecraft Dynamics, McGraw-Hill, New York (1983).

GENERALI L’obiettivo del modulo è quello di fornire una conoscenza solida e coordinata dei fenomeni, dei materiali, dei dispositivi e delle tecniche optoelettroniche e a microonde per sistemi spaziali di telerilevamento e osservazione della terra. Lo studente acquisirà padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei principali sistemi di sensori ottici e alle microonde, sistema radiante incluso. SPECIFICI • Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere i fenomeni, i materiali a semiconduttore e dielettrici, i dispositivi e le tecniche optoelettroniche e a microonde per la trasmissione dell’informazione inclusi alcuni tipi di antenne per applicazioni spaziali, array di antenne, il radiometro e radar polarimetrico (elementi di Riflettometria GNSS inclusa), sistemi lidar e sensori in fibra ottica. • Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto in base alle specifiche relative ai contesti applicativi spaziali. • Autonomia di giudizio: capacità di progettazione e valutazione delle prestazioni dei principali componenti per le applicazioni sensoristiche. • Abilità comunicative: capacità di comunicare in forma scritta attraverso relazioni e in forma orale durante discussioni tecniche in aula e all’esame sui contenuti della disciplina. • Capacità di apprendimento: capacità di apprendere attraverso l’uso di materiali di diverso tipo: dispense, materiale tecnico scientifico disponibile in rete e attraverso le esperienze di laboratorio.
OBIETTIVI FORMATIVI DEL SOLO MODULO OPTICAL SENSORS =================================================== GENERALI L’obiettivo del modulo è quello di fornire una conoscenza solida e coordinata dei fenomeni, dei materiali, dei dispositivi e delle tecniche optoelettroniche per sistemi spaziali di telerilevamento e osservazione della terra. Lo studente acquisirà padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei principali sistemi di sensori ottici. SPECIFICI • Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere i fenomeni, i materiali a semiconduttore e dielettrici, i dispositivi e le tecniche optoelettroniche per la trasmissione dell’informazione, inclusi sistemi lidar e sensori in fibra ottica.

• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto in base alle specifiche relative ai contesti applicativi spaziali. • Autonomia di giudizio: capacità di progettazione e valutazione delle prestazioni dei principali componenti per la applicazioni sensoristiche. • Abilità comunicative: capacità di comunicare in forma scritta attraverso relazioni e in forma orale durante discussioni tecniche in aula e all’esame sui contenuti della disciplina. • Capacità di apprendimento: capacità di apprendere attraverso l’uso di materiali di diverso tipo: dispense, materiale tecnico scientifico disponibile in rete e attraverso le esperienze di laboratorio.
  OBIETTIVI FORMATIVI DEL SOLO MODULO MICROWAVE SENSORS ====================================================== Conosce e comprendere principi di base della teoria delle microonde e del funzionamento dei sistemi di telerilevamento a microonde, sistema radiante incluso. Acquisire conoscenze e abilità per l'analisi delle prestazioni di alcuni tipi di antenne per applicazioni spaziali. Conoscere e comprendere il principio funzionamento di un array di antenne. Conoscere e comprendere il principio di funzionamento di due sensori per il telerilevamento a microonde: Radiometro e Radar Polarimetrico (elementi di Riflettometria GNSS inclusa).

Colloquio orale su due argomenti del corso.

GENERALI

L’obiettivo del modulo è quello di fornire una conoscenza solida e coordinata dei fenomeni, dei materiali, dei dispositivi e delle tecniche optoelettroniche e a microonde per sistemi spaziali di telerilevamento e osservazione della terra. Lo studente acquisirà padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei principali sistemi di sensori ottici e alle microonde, sistema radiante incluso.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere i fenomeni, i materiali a semiconduttore e dielettrici, i dispositivi e le tecniche optoelettroniche e a microonde per la trasmissione dell’informazione inclusi alcuni tipi di antenne per applicazioni spaziali, array di antenne, il radiometro e radar polarimetrico (elementi di Riflettometria GNSS inclusa), sistemi lidar e sensori in fibra ottica.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto in base alle specifiche relative ai contesti applicativi spaziali.
• Autonomia di giudizio: capacità di progettazione e valutazione delle prestazioni dei principali componenti per le applicazioni sensoristiche.
• Abilità comunicative: capacità di comunicare in forma scritta attraverso relazioni e in forma orale durante discussioni tecniche in aula e all’esame sui contenuti della disciplina.
• Capacità di apprendimento: capacità di apprendere attraverso l’uso di materiali di diverso tipo: dispense, materiale tecnico scientifico disponibile in rete e attraverso le esperienze di laboratorio.

OBIETTIVI FORMATIVI DEL SOLO MODULO OPTICAL SENSORS

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GENERALI

L’obiettivo del modulo è quello di fornire una conoscenza solida e coordinata dei fenomeni, dei materiali, dei dispositivi e delle tecniche optoelettroniche per sistemi spaziali di telerilevamento e osservazione della terra. Lo studente acquisirà padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei principali sistemi di sensori ottici.

SPECIFICI

• Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscere i fenomeni, i materiali a semiconduttore e dielettrici, i dispositivi e le tecniche optoelettroniche per la trasmissione dell’informazione, inclusi sistemi lidar e sensori in fibra ottica.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto in base alle specifiche relative ai contesti applicativi spaziali.
• Autonomia di giudizio: capacità di progettazione e valutazione delle prestazioni dei principali componenti per la applicazioni sensoristiche.
• Abilità comunicative: capacità di comunicare in forma scritta attraverso relazioni e in forma orale durante discussioni tecniche in aula e all’esame sui contenuti della disciplina.
• Capacità di apprendimento: capacità di apprendere attraverso l’uso di materiali di diverso tipo: dispense, materiale tecnico scientifico disponibile in rete e attraverso le esperienze di laboratorio.

OBIETTIVI FORMATIVI DEL SOLO MODULO MICROWAVE SENSORS

======================================================

Conosce e comprendere principi di base della teoria delle microonde e del funzionamento dei sistemi di telerilevamento a microonde, sistema radiante incluso. Acquisire conoscenze e abilità per l'analisi delle prestazioni di alcuni tipi di antenne per applicazioni spaziali. Conoscere e comprendere il principio funzionamento di un array di antenne. Conoscere e comprendere il principio di funzionamento di due sensori per il telerilevamento a microonde: Radiometro e Radar Polarimetrico (elementi di Riflettometria GNSS inclusa).

Lo studente acquisirà attraverso il corso, padronanza dei criteri di progetto e di valutazione delle prestazioni dei sensori ottici e a microonde per le applicazioni spaziali in particolare per il telerilevamento e le osservazioni della terra con le corrispondenti specifiche di progetto, sia attraverso lezioni frontali che attraverso esperienze di laboratorio.

Al termine del corso lo studente sarà in grado di eseguire il progetto di sensori e sistemi di sensori, sperimentare il principio di funzionamento, misurare le prestazioni e dimostrare la conformità alle specifiche di progetto.

Modulo: MICROWAVES SENSORS
N/D
Modulo: OPTICAL SENSORS
Introduzione alla strumentazione ottica (2 ore)

Proprietà ottiche dei semiconduttori. Sorgenti ottiche LED e LASERS per frequenze visibili, vicino, medio e lontano infrarosso. (4 ore)

Fotorivelatori a semiconduttore per frequenze visibili, vicino, medio e lontano infrarosso. (4 ore)

Rumore nei fotorivelatori – rapporto segnale rumore e progetto di ricevitori ottici. (4 ore)

Sensori di immagine CMOS and CCD. (4 ore)

Introduzione e caratteristiche di fibre ottiche. (3 ore)

Sensori a reticoli di Bragg su fibra ottica. (3 ore)

Sistemi LIDAR . (3 ore)

Esercitazioni in laboratorio. (3 ore)

Modulo: MICROWAVES SENSORS

• Maxwell equation
• Polarization of the EM field and Stokes Vector
• Introduction to Microwave Theory and Transmission Line Theory
• Fundamentals of Antennas
• Representation of a random scattered field
• Thermal Radiation and Plank law
• Radiometer System
• Polarimetric Radar

Modulo: OPTICAL SENSORS

• Argomento 1. Introduzione alla strumentazione ottica.
• Argomento 2. Proprietà ottiche dei semiconduttori.
• Argomento 3. Sorgenti ottiche LED e LASERS per frequenze visibili, vicino, medio e lontano infrarosso.
• Argomento 4. Fotorivelatori a semiconduttore per frequenze visibili, vicino, medio e lontano infrarosso.
• Argomento 5. Rumore nei fotorivelatori – rapporto segnale rumore e progetto di ricevitori ottici.
• Argomento 6. Sensori di immagine CMOS and CCD.
• Argomento 7. Introduzione e caratteristiche di fibre ottiche.
• Argomento 8. Sensori a reticoli di Bragg su fibra ottica.
• Argomento 9. Sistemi LIDAR
• Esercitazioni in laboratorio.

Colloquio orale su due argomenti del corso.

Modulo: MICROWAVES SENSORS
N/D
Modulo: OPTICAL SENSORS
G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004

• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile sul sito web

Classroom (richiesta registrazione)

Modulo: MICROWAVES SENSORS
N/D
Modulo: OPTICAL SENSORS
G. P. Agrawal, Lightwave Technology: Components and Devices, Wiley Interscience, 2004

• A. Yariv, Optical Electronics in Modern Communications, Oxford University Press, 1997
• J. Singh, Semiconductor Optoelectronics, McGraw‐Hill, 1995
• P. Bhattacharya, Semiconductor Optoelectronic Devices, Prentice Hall, 1994
• H. Nishihara, H. Masamitsu, S. Toshiaki, Optical Integrated Circuits, McGraw‐Hill, 1989
• Appunti di lezione e trasparenti PP proiettati a lezione
• Materiale integrativo (lucidi/diapositive del corso, articoli) disponibile sul sito web

The course illustrates the basic estimation and filtering methodologies. The student will be able to use the most important estimation techniques and to formulate and study optimization problem of different kinds.
Specific objectives

• Knowledge and understanding The student will learn the estimation and filtering methodologies for being applied to different frameworks.
• Use knowledge and understanding The student will be able to formulate an estimation problem and design the optimal estimate, by implementing it to evaluate the consequent results
• Communication skills The course will allow the student to communicate and share the main problems in specific application fields, by focusing on the possible design procedures and evaluating their strength or weakness
• Learning skills The course will empower the analytical skills of the student, from the problem analysis to the study of the available scientific literature and down to the design and implementation.

Teoria della probabilità.

Stime: definizioni e proprietà.

Limite inferiore di Rao-Cramer.

Stime ottime: minimi quadrati, massima verosimiglianza, bayesiana con minima varianza dell'errore di stima.

Filtro di Kalman.

Filtro di Kalman a regime permanente.

Minimi quadrati ricorsivi.

• Teoria della probabilità.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Stime: centratezza, efficienza e consistenza. Cramer-Rao lower bound
• Testi di riferimento: Note del corso
• Stime ottime: minimi quadrati, massima verosimiglianza, bayesiana con minima varianza dell'errore di stima.
• Testi di riferimento: Note del corso
• Filtro di Kalman. Filtro di Kalman a regime permanente.
• Testi di riferimento: Note del corso

La valutazione consiste esclusivamente in una prova orale: lo Studente deve sostenere un esame orale su tutto il programma svolto a lezione

Note del Corso

C. Bruni, C. Ferrone, "Metodi di stima per il filtraggio e l'identificazione dei sistemi", Aracne, 2008

Tutti i testi sono disponibili in biblioteca oppure sono on line.

La prova finale consiste nello svolgimento di una tesi teorica, sperimentale, progettuale o compilativa su argomenti relativi agli insegnamenti del Corso di Laurea Magistrale, da svilupparsi sotto la guida di un docente appartenente al Consiglio didattico relativo, anche in collaborazione con enti pubblici e privati, aziende manifatturiere e di servizi, centri di ricerca operanti nel settore di interesse. Nel corso della elaborazione della tesi lo studente dovrà, in primo luogo, analizzare la letteratura tecnica relativa all'argomento in studio. A valle di questa fase il laureando dovrà, in maniera autonoma e a seconda della tipologia della tesi: -proporre soluzioni al problema proposto con una modellizzazione che consenta di analizzare la risposta del sistema in corrispondenza a variazioni nelle variabili caratteristiche del sistema; -nel caso di lavoro sperimentale, elaborare un piano della sperimentazione che consenta di ottenere i risultati desiderati; -nel caso di lavoro progettuale, dimensionare, anche attraverso l'utilizzazione di codici di calcolo, un velivolo o parte di esso, mettendo in evidenza i vantaggi ottenuti rispetto alle soluzioni esistenti.

Sono introdotti i principi dei radar ad apertura sintetica e le relative tecniche di focalizzazione. Sono presentate le tecniche di elaborazione per la autofocalizzazione delle immagini SAR e le relative correzioni. Sono introdotte le tecniche di elaborazione delle immagini radar per l’estrazione dell’informazione.

I radar di immagine da piattaforma aerea e spaziale.

Formazione delle immagini SAR (approssimativamente 2/3 del corso - 40 ore):

• principi di base per radar ad apertura sintetica (SAR)
• principi di dimensionamento di Sistema e modalità di acquisizione STRIPMAP, Spotlight SAR, SCANSAR
• tecniche di focalizzazione/ auto focalizzazione
• correzione di distorsioni geometriche
• immagini SAR di oggetti in movimento
• principi e tecniche di elaborazione per la formazione di immagini ISAR (SAR Inverso) di bersagli in movimento

Estrazione di informazione da immagini SAR (approssimativamente 1/3 del corso - 20 ore):

• descrizione statistica dello speckle
• tecniche di despeckling
• tecniche di segmentazione
• riconoscimento e classificazione di bersagli estesi
• rivelazione di cambiamenti e pattern multi temporali
• estrazione di informazione da immagini multi-dimensionali
• Introduzione al corso. Introduzione

alle caratteristiche e alle applicazioni dei sistemi SAR

• Principi di base per radar ad apertura

sintetica (SAR): geometria di acquisizione dimensione range (swath, risoluzione,

finestra di acquisizione ..), aperture sintetica e dimensione along-track (risoluzione,

approccio spaziale e in frequenza), geometrie squintate e non, range cell migration

e Point Spread Function

• Principi di

dimensionamento di Sistema (equazione radar e dimensionamento di PRF) e

modalità di acquisizione STRIPMAP, Spotlight SAR, SCANSAR

• Tecniche di focalizzazione:

focalizzatore ideale, Range Doppler Algorithm, Chirp Scaling Algorithm

• Tecniche di auto focalizzazione: Phase

Gradient Algorithm, Multilook Registration, Contrast Optimization, Phase

Difference

• Principi e tecniche di elaborazione

per la formazione di immagini ISAR (SAR Inverso) di bersagli in movimento &

caso ibrido SAR/ISAR

• Estrazione di informazione da immagini

SAR: modello descrizione statistica dello speckle (densità di probabilità

gaussiana complessa, Rayleigh, esponenziale, Gamma, numero equivalente di look,

modello prodotto e modelli biparametrici)

• Tecniche di despeckling (multillok,

filtro di Frost, filtro di Lee) e tecniche di segmentazione

• Rivelazione di cambiamenti e pattern

multi temporali

• Introduzione all'imaging multi-dimensionale/distribuito
• Esercitazione - Forme d’onda chirp:

caratterizzazione nel dominio tempo e frequenza

• Esercitazione - Compressione di forme

d’onda chirp: filtro adattato e dechirping

• Esercitazione - Ricampionamento di

immagini SAR

• Esercitazione – Reti di pesatura per

controllo lobi laterali della PSF

• Esercitazione – Analisi statistica di

dataset da immagini SAR

Per la prova finale è richiesto lo sviluppo di un’attività da svolgere a casa in modo autonomo (homework) che prevede lo sviluppo e l'implementazione di tecniche viste a lezione da un punto di vista teorico e l’analisi critica dei corrispondenti risultati. Tali attività vengono svolte dallo studente avvalendosi dello strumento di programmazione MatLab. La prova di esame consiste in una opportuna discussione delle procedure implementate e dei risultati ottenuti avendo come supporto una presentazione PowerPoint che sintetizzi e documenti il lavoro svolto.

“Understanding SAR images”, C.J. Oliver, S. Quegan, Artech House, 2004,

I.G. Cumming, F.H. Wong “Digital processing of Synthetic Aperture Radar”, Artech House

W.G. Carrara, R.S. Goodman, R.M. Majewski, “Spotlight Synthetic Aperture Radar”, Artech House

Materiale integrativo (slides) disponibile in Classroom

SAR basics

C. Oliver, S. Quegan “Understanding Synthetic Aperture Radar Images”, Artech House, Chapter 2.

SAR focusing techniques

RDA:

I.G. Cumming, F.H. Wong “Digital processing of Synthetic Aperture Radar”, Artech House

Chapter 6, Sections 6.1, 6.2, 6.3

CSA:

Raney, R.K., Runge, H., Bamler, R., Wong, F.H.

Precision SAR Processing Using Chirp Scaling

(1994) IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 32 (4), pp. 786-799.

Disponibile @ https://ieeexplore.ieee.org/document/298008

SAR autofocus techniques

W.G. Carrara, R.S. Goodman, R.M. Majewski, “Spotlight Synthetic Aperture Radar”, Artech House

Chapter 6, Sections 6.1, 6.3, 6.4

C. Oliver, S. Quegan “Understanding Synthetic Aperture Radar Images”, Artech House

Chapter 3, Sections 3.1, 3.2

SAR properties

C. Oliver, S. Quegan “Understanding Synthetic Aperture Radar Images”, Artech House

Chapter 4,Sections 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5SAR data models

C. Oliver, S. Quegan “Understanding Synthetic Aperture Radar Images”, Artech House

Chapter 5,Sections 5.1, 5.2, 5.3, 5.4

SAR despeckle&segmentation

C. Oliver, S. Quegan “Understanding Synthetic Aperture Radar Images”, Artech House

Chapter 6, Sections 6.1,6.2, 6.3, 6.4

Chapter 7, Sections 7.1, 7.2, 7.3, 7.4

GENERALI

Sono introdotti i payload satellitari di telecomunicazioni e navigazione con i loro principi di funzionamento. Per ciascuno dei due payload: (i) si approfondiscono le applicazioni con i relativi requisiti prestazionali; (ii) si analizza il sistema spaziale completo e la missione spaziale tipica al cui interno sono inseriti; (iii) si identificano i parametri di progetto principali da cui dipendono le prestazioni; (iv) si studia il legame fra i parametri principali e le prestazioni; (v) si analizzano i requisiti sulla piattaforma che li ospita, per garantirne il corretto funzionamento.

Nell’ambito dei payload di telecomunicazioni, si studiano il broadcast satellitare, le connessioni dati punto-punto, i sistemi di personal communication satellitari, il trasferimento a terra dei dati di osservazione della Terra e la telemetria. Si approfondiscono le tecniche di modulazione e di codifica, i sistemi di antenna ed il loro impatto su piattaforma ed assetto, il dimensionamento della potenza.

Nell’ambito dei payload di navigazione, si studiano i sistemi di navigazione satellitare globale (GNSS) per la navigazione satellitare ed i sistemi terrestri e satellitari per incrementarne le prestazioni. Si approfondiscono le forme d’onda utilizzate, le tecniche di acquisizione dei segnali e di stima di posizione, le principali sorgenti di errore e le prestazioni, i sistemi di antenna ed il dimensionamento della potenza.

SPECIFICI

Conoscenza e capacità di comprensione: al termine, lo studente ha acquisito una conoscenza di base sulle due tipologie di payload considerate e sui loro parametri principali, sui sistemi e le missioni che sono centrati su di essi.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: al termine, lo studente ha acquisito la capacità di valutare criticamente sia la scelta del payload, tramite il dimensionamento dei suoi parametri principali in funzione dei requisiti operativi (dai requisiti utente), sia la sua integrazione con la piattaforma.

Inoltre, lo studente acquisisce:

Autonomia di giudizio: al termine, lo studente ha maturato l’autonomia di giudizio necessaria per integrare le conoscenze sulle diverse tipologie di payload, gestirne la complessità delle tecnologie impiegate nelle diverse missioni spaziali, e valutarne le prestazioni nei diversi contesti applicativi.

Abilità comunicative: al termine del corso lo studente ha acquisito la capacità di operare in un contesto fortemente multi-disciplinare interagendo con ingegneri progettisti delle strutture e delle tecnologie dell’informazione per lo spazio, con tecnici specialisti e interlocutori non specialisti.

Capacità di apprendimento: al termine del corso lo studente ha sviluppato la capacità di approfondire autonomamente lo studio delle nuove tecnologie impiegate nelle future evoluzioni dei sistemi satellitari.

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D
Modulo: COMMUNICATION PAYLOAD
N/D

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D
Modulo: COMMUNICATION PAYLOAD
Comunicazioni Satellitari (3 CFU):

• Aree di copertura delle comunicazioni satellitari per Broadcast Audio/TV, Networking, Personal communication: singoli satelliti e costellazioni in orbite GEO, MEO, LEO con i corrispondenti fasci di antenna sia larghi che ad alto guadagno. Elementi di antenne per applicazioni spaziali; sistemi di antenna per il satellite e per il segmento di terra. Requisiti di precisione del puntamento dell'antenna. Modelli semplificati per la propagazione del segnale per la comunicazione satellitare.
• Diagramma a blocchi del ricetrasmettitore di comunicazione digitale satellitare, compresa la codifica dei canali, la mappatura sulla costellazione, l'up-conversion; amplificazione e propagazione; down-conversion, decisione, e decodifica. Link budget, efficienza spettrale e Bit Error Rate. Progettazione preliminare del collegamento di comunicazione.
• Codifica di canale: distanza di Hamming, rilevamento e correzione degli errori, codici di Hamming, codici a blocchi, codici lineari, codici ciclici (CRC, BCH e R-S), codici perfetti, LPDC, codici convoluzionali e decodifica di Viterbi, codici concatenati, turbo-codici; errori a burst e interleaving. Richiami di teoria della probabilità: variabili aleatorie discrete; distribuzione di Bernoulli; valutazione del BER con Forward Error Correction.
• Richiami di teoria della probabilità. il teorema del limite centrale. Rumore termico, figura di rumore e temperatura; valutazione del Bit Error Rate per le diverse costellazioni.
• Tecniche di accesso multiplo: Multiplexing a Divisione di Frequenza, Multiplexing a Divisione di Tempo, Multiplexing a Divisione di Codice; Uso della diversità di polarizzazione.
• Codifica e trasmissione di dati di telemetria digitale da satellite/lanciatore.
• Elementi di networking satellitare

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D
Modulo: COMMUNICATION PAYLOAD

• Introduzione alle

tematiche del corso e contesto, modalità di erogazione lezioni, di svolgimento

esercitazioni e di valutazione. - ( 1 ora)

• Testi di riferimento: Slide della lezione disponibile in rete sul

sito web

• Link budget per satelliti

in LEO, MEO, GEO con fasci omnidirezionali, globali o spot - (3 ore)

• Testi di riferimento: Slide:

02_Payload_link_budget _intro

• Filtraggio del segnale:

filtro adattato, funzioni di trasferimento di Nyquist per evitare Interferenza InterSimbolica

(ISI) e forme a coseno rialzato - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

03_Payload_matched_filter

07_Payload_ISI

• Antenne per TLC isotrope

e direzionali: lineari, ad apertura e a phased array - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

05_Payload_2024_linkbudget_core_v2

06_Payload_2024_Global_Scheme

• Transmissioni

digitali di banda Base e Banda Traslata con le Modulazioni: M-PAM, MQAM, PSK

and APSK: mapping/demapping, pulse shaping, up/down-conversion with I&Q mod/demodulator. - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

05_Payload_2024_linkbudget_core_v2

06_Payload_2024_Global_Scheme

• Rumore termico, rumore

del cielo, ricevitore e impatto delle condizioni meteorologiche - (2 ore)

• Testi di riferimento: Slide:02_Payload_link_budget
• Bit

Error Rate (BER) of M-PAM, MQAM, PSK and

APSK - (2 ore)

• Testi di riferimento: Slide:08_Payload_BER
• Codifica

di sorgente e di canale e BER con codifica di canale - (5 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

11_Payload_Coding

13_Payload_Shannon

• Collegamento GEO per Digital

Video Broadcast e trasponder - (1 ora)

• Testi di riferimento: slide:09_Payloads_2024_Transponder
• Payload

of Internet Satellites in GEO and LEO - (1 ora)

• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Internet
• Costellazioni LEO per internet/personal

communication - (2 ore)

• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Internet
• Il collegamento di TT&C

data link e le sue caratteristiche - (1 ora)

• Testi di riferimento: slide:14_TT&C

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D
Modulo: COMMUNICATION PAYLOAD
N/D

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D
Modulo: COMMUNICATION PAYLOAD

• Dispense delle lezioni disponibili in rete sul sito web https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=15493
• Satellite Communications, Timothy Pratt, Jeremy Allnutt, JohnWiley & Sons Ltd, Third Edition, 2020

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D
Modulo: COMMUNICATION PAYLOAD
N/D

After this course, the student will be able to:

• Know the different types of gossamer structures
• Understand pros and cons of using specific gossamer structure for a mission
• Select materials based on project requirements and operative environment to realize a large structure
• Understand the rational manufacturing techniques to realize gossamer structures
• Know and understand the deployable technological solutions including kirigami and origami techniques
• Know and understand the current state-of-art of manufacturing processes for ISRU
• Understand the principles to design habitats on Moon and Mars
• Understand how to realize a space suit
• Understand how to apply nanotechnology for space applications

Conoscenza e capacità di comprensione

• Spiegare i principi della nanotecnologia aerospaziale e classificare nanomateriali (CNT, grafene, MXene, ecc.) rispetto a requisiti di missione.
• Descrivere relazioni struttura–processo–prestazioni in nanocompositi polimerici e in strutture gossamer dispiegabili.
• Illustrare processi ISRU e la natura/uso di regolite e simulanti per habitat lunari/marziani.
• Discutere materiali e strategie di protezione dalle radiazioni, incluse soluzioni ibride e multifunzionali.

2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione

• Progettare e fabbricare (lab didattico) nanocompositi con CNT/grafene, analizzando dispersione, reologia e cinetica di reticolazione e correlando i parametri di processo alle prestazioni.
• Sviluppare modelli analitici per avvolgimento/impacchettamento/dispiegamento e predire snap-through (equal/opposite sense), coppie e stabilità di tape-springs/booms.

3) Autonomia di giudizio

• Valutare criticamente compromessi tra funzionalizzazione covalente/non-covalente, proprietà interfaccia e integrità strutturale.
• Selezionare e giustificare materiali/processi alla luce di vincoli operativi (vuoto, T°, radiazioni, outgassing) e stimare incertezza e rischi di progetto/dispiegamento.
• Confrontare route ISRU alternative tramite metriche tecniche (prestazioni, massa, energia) ed elementi di sostenibilità/logistica.

4) Abilità comunicative

• Redigere report tecnici e presentare (pitch) progetti con uso di dati sperimentali/simulativi, grafici per interlocutori tecnici e non.
• Collaborare in team multidisciplinari, argomentando scelte progettuali e recependo feedback (peer review) con terminologia tecnica corretta.

5) Capacità di apprendimento

Ricercare e sintetizzare letteratura scientifico-tecnica e standard/TRL pertinenti, aggiornando autonomamente conoscenze su materiali, metodi e normative.

Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES
Introduzione al concetto di nanotecnologia. Descrizione dei vari tipi di nanomateriali per applicazioni aerospaziali. Funzionalizzazione dei nanotubi di carbonio (CNTs): metodi covalenti e non covalenti. Polimeri rinforzati con CNTs e grafene: fabbricazione di materiali nanocompositi, effetti di nanofillers su aspetti di processo (dispersione, reologia, cinetica). Nuovi materiali per missioni interplanetarie. Relazioni tra struttura-processo-prestazioni: la progettazione strutturale. Caratterizzazione meccanica ed ambientale di materiali e strutture aerospaziali.

Definizione, obiettivi e tipi di strutture gossamer. Materiali, produzione e soluzioni tecnologiche per strutture dispiegabili in materiali compositi ultraleggeri. Soluzioni tecnologiche per il dispiegamento di strutture gossamer Modelli analitici di avvolgimento, impacchettamento e dispiegamento di strutture a nastro. Modello analitico di stabilizzazione snap-through in equal sense e opposite sense.

Tecnologie ISMA (In Space Manufacturing) e tecniche di produzione per l'ISRU (In Situ Resource Utilization). Tecniche di additive manufacturing nello spazio. Definizione di regolite e simulanti della regolite lunare e marziana. Proprietà meccaniche e di schermatura alle radiazioni dei materiali compositi a base di regolite. Processi e tecniche attualmente sviluppate e in corso di studio. Progettazione di habitat umani sulla Luna e su Marte secondo i programmi spaziali internazionali attuali.

Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES

• Introduzione alla nanotecnologia aerospaziale; classi di nanomateriali e proprietà chiave
• Testi di riferimento: dispense del docente
• CNTs & Grafene: funzionalizzazione e interfacce
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Fabbricazione di nanocompositi e aspetti di processo
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Strutture Gossamer: definizione, obiettivi, tipologie
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Materiali e produzione per gossamer
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Modelli analitici: avvolgimento/impacchettamento/dispiegamento
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Snap-through e stabilizzazione (equal sense vs opposite sense)
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente
• ISMA e ISRU: processi e tecniche;
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Tecniche di additive manufacturing in Space
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente

Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

per il I modulo:

La valutazione della preparazione dello studente consta di domande orali a risposta aperta che vertono su argomenti trattati nel corso. Le stesse domande possono anche essere fatte per iscritto. La valutazione della prova orale costituisce il 85% della valutazione finale.La valutazione sarà effettuata per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (26-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30).

Prima dell'esame, entro la data stabilita dal docente, è richiesta la consegna di un elaborato finale riguardante le esperienze sperimentali eseguite in laboratorio. Qualora l'elaborato sarà valutato positivamente, inciderà per il 15% sulla valutazione finale.

Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES
dispense del docente

Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES
N/D
Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

After this course, the student will be able to: - Know the different types of gossamer structures - Understand pros and cons of using specific gossamer structure for a mission - Select materials based on project requirements and operative environment to realize a large structure - Understand the rational manufacturing techniques to realize gossamer structures - Know and understand the deployable technological solutions including kirigami and origami techniques - Know and understand the current state-of-art of manufacturing processes for ISRU - Understand the principles to design habitats on Moon and Mars - Understand how to realize a space suit - Understand how to apply nanotechnology for space applications

ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES
Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES
Introduzione al concetto di nanotecnologia. Descrizione dei vari tipi di nanomateriali per applicazioni aerospaziali. Funzionalizzazione dei nanotubi di carbonio (CNTs): metodi covalenti e non covalenti. Polimeri rinforzati con CNTs e grafene: fabbricazione di materiali nanocompositi, effetti di nanofillers su aspetti di processo (dispersione, reologia, cinetica). Nuovi materiali per missioni interplanetarie. Relazioni tra struttura-processo-prestazioni: la progettazione strutturale. Caratterizzazione meccanica ed ambientale di materiali e strutture aerospaziali.

Definizione, obiettivi e tipi di strutture gossamer. Materiali, produzione e soluzioni tecnologiche per strutture dispiegabili in materiali compositi ultraleggeri. Soluzioni tecnologiche per il dispiegamento di strutture gossamer Modelli analitici di avvolgimento, impacchettamento e dispiegamento di strutture a nastro. Modello analitico di stabilizzazione snap-through in equal sense e opposite sense.

Tecnologie ISMA (In Space Manufacturing) e tecniche di produzione per l'ISRU (In Situ Resource Utilization). Tecniche di additive manufacturing nello spazio. Definizione di regolite e simulanti della regolite lunare e marziana. Proprietà meccaniche e di schermatura alle radiazioni dei materiali compositi a base di regolite. Processi e tecniche attualmente sviluppate e in corso di studio. Progettazione di habitat umani sulla Luna e su Marte secondo i programmi spaziali internazionali attuali.

Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES

• Introduzione alla nanotecnologia aerospaziale; classi di nanomateriali e proprietà chiave
• Testi di riferimento: dispense del docente
• CNTs & Grafene: funzionalizzazione e interfacce
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Fabbricazione di nanocompositi e aspetti di processo
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Strutture Gossamer: definizione, obiettivi, tipologie
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Materiali e produzione per gossamer
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Modelli analitici: avvolgimento/impacchettamento/dispiegamento
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Snap-through e stabilizzazione (equal sense vs opposite sense)
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente
• ISMA e ISRU: processi e tecniche;
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Tecniche di additive manufacturing in Space
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente

Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

SMART MANUFACTURING
Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES
Introduzione al concetto di nanotecnologia. Descrizione dei vari tipi di nanomateriali per applicazioni aerospaziali. Funzionalizzazione dei nanotubi di carbonio (CNTs): metodi covalenti e non covalenti. Polimeri rinforzati con CNTs e grafene: fabbricazione di materiali nanocompositi, effetti di nanofillers su aspetti di processo (dispersione, reologia, cinetica). Nuovi materiali per missioni interplanetarie. Relazioni tra struttura-processo-prestazioni: la progettazione strutturale. Caratterizzazione meccanica ed ambientale di materiali e strutture aerospaziali.

Definizione, obiettivi e tipi di strutture gossamer. Materiali, produzione e soluzioni tecnologiche per strutture dispiegabili in materiali compositi ultraleggeri. Soluzioni tecnologiche per il dispiegamento di strutture gossamer Modelli analitici di avvolgimento, impacchettamento e dispiegamento di strutture a nastro. Modello analitico di stabilizzazione snap-through in equal sense e opposite sense.

Tecnologie ISMA (In Space Manufacturing) e tecniche di produzione per l'ISRU (In Situ Resource Utilization). Tecniche di additive manufacturing nello spazio. Definizione di regolite e simulanti della regolite lunare e marziana. Proprietà meccaniche e di schermatura alle radiazioni dei materiali compositi a base di regolite. Processi e tecniche attualmente sviluppate e in corso di studio. Progettazione di habitat umani sulla Luna e su Marte secondo i programmi spaziali internazionali attuali.

Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES

• Introduzione alla nanotecnologia aerospaziale; classi di nanomateriali e proprietà chiave
• Testi di riferimento: dispense del docente
• CNTs & Grafene: funzionalizzazione e interfacce
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Fabbricazione di nanocompositi e aspetti di processo
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Strutture Gossamer: definizione, obiettivi, tipologie
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Materiali e produzione per gossamer
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Modelli analitici: avvolgimento/impacchettamento/dispiegamento
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Snap-through e stabilizzazione (equal sense vs opposite sense)
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente
• ISMA e ISRU: processi e tecniche;
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Tecniche di additive manufacturing in Space
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente

Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES
per il I modulo:

La valutazione della preparazione dello studente consta di domande orali a risposta aperta che vertono su argomenti trattati nel corso. Le stesse domande possono anche essere fatte per iscritto. La valutazione della prova orale costituisce il 85% della valutazione finale.La valutazione sarà effettuata per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (26-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30).

Prima dell'esame, entro la data stabilita dal docente, è richiesta la consegna di un elaborato finale riguardante le esperienze sperimentali eseguite in laboratorio. Qualora l'elaborato sarà valutato positivamente, inciderà per il 15% sulla valutazione finale.

SMART MANUFACTURING
per il I modulo:

La valutazione della preparazione dello studente consta di domande orali a risposta aperta che vertono su argomenti trattati nel corso. Le stesse domande possono anche essere fatte per iscritto. La valutazione della prova orale costituisce il 85% della valutazione finale.La valutazione sarà effettuata per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (26-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30).

Prima dell'esame, entro la data stabilita dal docente, è richiesta la consegna di un elaborato finale riguardante le esperienze sperimentali eseguite in laboratorio. Qualora l'elaborato sarà valutato positivamente, inciderà per il 15% sulla valutazione finale.

ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES
Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES
dispense del docente

Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES
N/D
Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

SMART MANUFACTURING
Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES
dispense del docente

Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

Modulo: ADVANCED SPACE TECHNOLOGIES
N/D
Modulo: SMART MANUFACTURING
N/D

Il corso si dedicherà all'analisi della struttura generale dei motori a propellente solido (SRM) ed alla complessa fenomenologia che li caratterizza. Una parte introduttiva fornirà gli strumenti teorici di base e affronterà i primi modelli matematici del motore in grado di descrivere l'operazione in regime quasi stazionario. Successivamente verranno affrontati i vari aspetti della combustione dei materiali energetici ed in particolare dei propellenti solidi. Infine, il corso si dedicherà ad aspetti specifici dei motori a solido come i fenomeni di erosione degli ugelli in materiale composito, flussi bifase, la geometria del grano e il transitorio di accensione. Verranno forniti cenni su alcune varianti dei motori a solido come i motori ibridi. Attenzione verrà posta sullo stato dello sviluppo di nuove formulazioni di propellenti solidi basate sull’uso di ossidanti “green”, con l’obiettivo di ridurre progressivamente l’impiego dei perclorati che producono prodotti di combustione altamente tossici. Delle esercitazioni verranno effettuate a corredo di ogni parte del corso.

• Comprendere le tecniche di geodesia spaziale (GNNS, VLBI, SLR) per la georeferenziazione di dati territoriali e sui metodi per l’elaborazione multi-temporale di dati di telerilevamento ottico, radar e lidar. - Sviluppare competenze sulle tecniche di geodesia spaziale e di telerilevamento satellitare e aereo per il controllo, il monitoraggio e la prevenzione dei rischi di origine naturale o antropica che comportano processi degenerativi sull'ambiente e sul territorio (dissesto idrogeologico, erosione costiera, inquinamento da stoccaggio di rifiuti e da aree industriali, stato della vegetazione, ecc.) - comprendere i metodi e gli strumenti per la costruzione di WEBGIS e database georefernziati, dalla scala urbana alla scala territoriale, utili per la gestione di sistemi di produzione di beni e l’erogazione di servizi sostenibili (ad. controllo della stabilità di edifici e infrastrutture, manutenzione di reti tecnologiche e di trasporto, gestione delle aree verdi, ecc.) - Esperienza su dati sperimentali nell'ambito di laboratorio tematico da sviluppare su casi di studio reali

• **GEODESIA E TECNICHE SPAZIALI**
• Campo gravitazionale terrestre: superfici di riferimento, geoide, ellissoide di rotazione.
• Sistemi di riferimento e coordinate globali: Datum 3D e altimetrici, reti geodetiche e cartografiche globali.
• Tecniche di Geodesia Spaziale: VLBI (Very Long Baseline Interferometry), SLR (Satellite Laser Ranging), GNSS (Global Navigation Satellite System).
• **MAPPATURA, GEOREFERENZIAZIONE DEI DATI E GIS**
• Mappatura digitale: formati raster (file, risoluzione geometrica e radiometrica) e vettoriali (primitivi geometrici, attributi, relazioni topologiche).
• Fotogrammetria: principi, modelli matematici, elaborazione dati (aerei e UAV), DEM e ortofoto.
• GIS: componenti hardware/software, organizzazione dati cartografici, database, analisi spaziale e multi-temporale.
• WEBGIS e sistemi server: WMS, WFS.
• **TECNICHE EO CON SENSORI OTTICI**
• Sensori satellitari: pancromatici, multispettrali, TIR.
• Programmi e missioni EO: applicazioni, servizi, sistema Copernicus.
• Fotogrammetria stereoscopica: DEM, ortorettifica, filtraggio, editing grafico.
• Classificazione: mappatura tematica, analisi del cambiamento.
• Controllo qualità e validazione.
• **TECNICHE EO CON SENSORI SAR**
• Fondamenti di interferometria SAR.
• Elaborazione dati: ampiezza, fase, mappe di coerenza.
• Interferometria differenziale (DINSAR): estrazione DEM e serie temporali di spostamento.

Verifica delle basi teoriche e della capacità di analizzare e interpretare i dati ricavati dal telerilevamento.

Appunti delle lezioni e materiale di riferimento forniti dall'insegnante e pubblicati su Classroom.

Acquisizione delle capacità di analisi e sintesi di sistemi di guida e navigazione nelle missioni spaziali e l'interazione con il controllo, gli altri sottosistemi del veicolo. Applicazioni di tecniche di Sorveglianza spaziale per il monitoraggio, la prevenzione e la rimozione di detriti spaziali. Conoscenza e valutazione dell'effetto delle perturbazioni ambientali sull'evoluzione di sistemi orbitali complessi (i.e. megacostellazioni, nubi di frammenti, formazioni...) e sostenibilità del traffico spaziale.

1) Astrodinamica

• Richiami di meccanica orbitale: eq. fondamentale dell'astrodinamica, paramentri orbitali del moto, eq. di Keplero, orbite eliosincrone, orbite frozen
• Perturbazioni: prima e seconda eq. delle perturbazioni, equazioni planetarie di Lagrange, effetto del drag, effetto di J20, effetto del J22, effetto del terzo corpo, effetto pressione di radiazione solare, tempo di vita di un satellite
• Moto relativo: eq. di Battin-Giorgi, eq. Eulero Hill
• Satelliti geostazionari: Effetto delle perturbazioni, manovre di mantenimento box, orbite cimitero
• Space debris: Teoria dell'esplosione isotropa, evoluzione nube di detriti spaziali

2) Navigazione

• Metodi per IOD: Metodo orbita circolare, Metodo di Laplace, Metodo della correzione differenziale
• Filtro di Kalman
• GPS: costellazione, algoritmo di navigazione, struttura del segnale, fonti di errore, GPS differenziale
• Celestial Position Fix

3) Guida

• Cinematica del problema e leggi di guida
• leggi di guida dei lanciatori ed analisi degli errori

4) Esercitazione

• Descrizione TLE
• Sistemi di riferimento usati in astronomia
• Condizioni di visibilità per osservatori ottici
• Parametri prestazionali di un telescopio
• Descrizione configurazioni ottiche, montature e camere (CCD e CMOS)
• Strategie osservative: siderale e TLE tracking
• Descrizione dei formati immagine utilizzati in astronomia
• Soluzione astrometrica di un immagine
• Ricavare dati di posizione e flusso luminoso da immagini astrometriche
• Propagatore orbitale SGP4 e Earth Orientation Parameters
• Implementazione SGP4 e software per osservare satelliti mediante telescopi
• Osservazione con telescopi del network Sapienza

esame orale e valutazione delle esercitazioni

• Battin: An introduction to the mathematics
• Bong Wie: Space Vehicle Guidance, Control and Astrodynamics
• Brown: Hwang - Introduction to random signals and applied Kalman Filter
• Karamba Girard: Fundaments of aerospace navigation and guidance
• Kaplan: Understanding GPS principle ...
• Vallado: Astrodynamics

l’obiettivo del modulo è fornire allo studente gli strumenti per comprendere ed acquisire padronanza su:
 Applicazioni ed obiettivi scientifici di sensori radar per telerilevamento, concepito sia per l’osservazione della Terra che
di altri corpi celesti
 Acquisire conoscenza dei principi di funzionamento dei sensori radar, capacità di dimensionarne i parametri di sistema
fondamentali
 Avere padronanza degli algoritmi di elaborazione dei dati dei sensori radar che consentano l’elaborazione dei dati e
l’estrazione delle informazioni legate al raggiungimento degli obiettivi scientifici.

Il corso si propone di fornire allo studente gli strumenti necessari per affrontare lo studio di un sistema robotico per le missioni spaziali. In particolare, l’obiettivo principale è l’analisi del sistema di guida, navigazione e controllo per missioni di on-orbit-servicing, di rendez-vous e docking, e di esplorazione planetaria con robot mobili.

Il corso Sistemi Robotici Spaziali della Laurea Magistrale in Ingegneria Spaziale e Astronautica fornisce i principi fondamentali della cinematica, dinamica, e controllo di manipolatori e rovers.

Il programma del corso in dettaglio è il seguente:

1. Introduzione ai Sistemi Robotici Spaziali

2. Ambiente spaziale e planetario

---- Manipolatori ----

3. Introduzione ai manipolatori

4. Gradi di libertà e spazio di lavoro

5. Effettore finale (End Effector) del robot

6. Descrizione nello spazio di un corpo rigido

7. Sistemi di riferimento spaziali: rappresentazione di Denavit–Hartenberg (D-H)

8. Cinematica del Manipolatore I

9. Cinematica del Manipolatore II

10. Cinematica Inversa del Manipolatore

11. Jacobiani: velocità

12. Jacobiani: forze statiche

13. Dinamica del Manipolatore

14. Generazione delle traiettorie

15. Controllo lineare dei Manipolatori

16. Controllo non lineare dei Manipolatori

17. Applicazioni di Manipolatori nello spazio

---- Rovers ----

18. Mobilità su superfici planetarie

19. Veicolo-suolo: pressione di contatto e trazione

20. Veicoli dotati di ruote e rovers I

21. Veicoli dotati di ruote e rovers II

22. Equazioni della dinamica di veicoli dotati di ruote

23. Prestazioni dei motori di veicoli dotati di ruote

24. Controllo e definizione della traiettoria

25. Guida ideale e articolata

26. Veicoli non dotati di ruote

---- Attuatori and Sensori ----

27. Attuazione di robot spaziali

28. Attuatori

29. Sensori

30. Applicazioni di rovers per l'esplorazione spaziale

La modalità di valutazione del corso consiste in una prova orale di circa 1 ora di fronte alla commissione d'esame. La prova prevede:

1) una discussione delle esercitazioni sui manipolatori e sui rover proposte durante il corso;

2) una discussione generale riguardo gli argomenti principali del corso (e.g., cinematica e dinamica del manipolatore, mobilità su superficie).

Le esercitazioni dovranno essere svolte durante il corso (senza una scadenza specifica), mediante lo sviluppo di algoritmi basati sulle tecniche trattate nel corso. Gli studenti presenteranno i risultati di tali esercitazioni esclusivamente durante la prova orale.

Le dispense in formato presentazione sono fornite tramite Google Classroom e sono basate sui seguenti testi di riferimento.

1) per i manipolatori:

Craig, J.J., 2009. Introduction to robotics: mechanics and control. Pearson Education Inc. Upper Saddle River, NJ.

(https://www.pearson.com/us/higher-education/product/Craig-Introduction-to-Robotics-Mechanics-and-Control-3rd-Edition/9780201543612.html)

2) per i rover:

Genta, G. (2011). Introduction to the mechanics of space robots (Vol. 26). Springer Science & Business Media. (https://www.springer.com/gp/book/9789400717954).

3) per le esercitazioni ed esercizi MATLAB :

Corke, P., 2017. Robotics, vision and control: fundamental algorithms in MATLAB® second, completely revised (Vol. 118). Springer.

Altri testi per approfondimenti sono:

• Siciliano, B. and Khatib, O. eds., 2016. Springer handbook of robotics. Springer.
• Xu, Yangsheng, and Takeo Kanade, eds. Space robotics: dynamics and control. Vol. 188. Springer Science & Business Media, 1992. (https://www.springer.com/de/book/9780792392651).

Il corso di SPACE SURVEILLANCE AND SPACE TRAFFIC MANAGEMENT introduce lo studente allo studio dei moti del satellite in orbita e, trattando il satellite come elemento di un sistema multicomponentei (costellazione, formazione, space traffic), stabilisce i collegamenti tra le materie dell'Astrodinamica, della Navigazione, Tracking e Guida spaziale e della Determinazione Orbitale.
Obiettivi di apprendimento specifici: - Comprendere i fondamenti dell'Astrodinamica con particolare riguardo alle perturbazioni ambientali incidenti sulla traiettoria - Saper progettare e calcolare, avendone compreso il senso fisico, le strategie di guida, basate su manovre impulsive e a bassa spinta, per lo station keeping, mantenimento del volo in formazione e collision avoidance - Definizione e determinazione da misure di terra delle effemeridi accurate e dei Two Line Elements - Definizione di Close approach e rischio di collisione. - Sistemi di determinazione orbitale iniziale ed accurata e Sistemi di determinazione d'assetto basati su misure ottiche - Sistemi di navigazione e tracking, basati su filtri sequenziali, per lanciatori e velivoli stratosferici - Gli studenti avranno modo di fare esperienza pratica basandosi sull'utilizzo di network di osservatori per la Sorveglianza Spaziale della Sapienza - Essere capaci di risolvere problemi con gli appropriati strumenti computazionali attraverso la conoscenza, l’applicazione e lo sviluppo di di codice di calcolo e/o dei moderni applicativi per la simulazione di missioni spaziali.

Terminologia

Definizione dei termini usati classicamente: concetti di Gestione, Coordinamento, Controllo, Sincronizzazione, Regolazione, Armonizzazione, previsione orbitale, covarianza di stato, capacità di carico orbitale

Sistema per il miglioramento della conoscenza della popolazione orbitale, attiva o dei detriti: nuovi mezzi per l'osservazione, radar, telescopi, sensori orbitali, rilevamento laser da terra o dall'orbita, migliore modellazione dei detriti comprese rotture, collisioni e spargimenti.

• Richiami di meccanica orbitale, Perturbazioni orbite non kepleriane

Processo di fusione dei dati: Unione e validazione delle informazioni provenienti da vari sensori, metodologie condivise, Miglioramento dell'accuratezza e della precisione dei dati orbitali, Metodi di calcolo e filtri di stima migliorati, Utilizzo dello sfondo stellare, Laser che spazia da terra o orbita, Catalogo condiviso.

Gestione del traffico spaziale: Indice di sostenibilità, Miglioramento del processo di prevenzione delle collisioni, Valutazione delle probabilità, Problematiche specifiche associate alla propulsione elettrica su grandi costellazioni e voli in formazione, Coordinamento delle manovre, Rimorchiatori spaziali, Attività suborbitali, Attività di supporto a terra come gli spazioporti; oltre la Terra (ad esempio, STM cis-lunare)

Rimozione attiva dei detriti: rimozione dei detriti più grandi da orbite affollate per mitigare la proliferazione di un numero maggiore di detriti, spinta di detriti di grandi dimensioni per evitare una collisione prevista, catalogazione di detriti orbitali di grandi dimensioni e uso dell'illuminazione laser per "spingere" i detriti non manovrabili e altri oggetti spaziali per evitare ulteriori situazioni critiche.

esame orale

appunti

Chan: Spacecraft collision probability

Heiner Klinkrad: Space Debris: Models and Risk Analysis

GENERALI Sono introdotti i payload satellitari di telecomunicazioni e navigazione con i loro principi di funzionamento. Per ciascuno dei due payload: (i) si approfondiscono le applicazioni con i relativi requisiti prestazionali; (ii) si analizza il sistema spaziale completo e la missione spaziale tipica al cui interno sono inseriti; (iii) si identificano i parametri di progetto principali da cui dipendono le prestazioni; (iv) si studia il legame fra i parametri principali e le prestazioni; (v) si analizzano i requisiti sulla piattaforma che li ospita, per garantirne il corretto funzionamento. Nell’ambito dei payload di telecomunicazioni, si studiano il broadcast satellitare, le connessioni dati punto-punto, i sistemi di personal communication satellitari, il trasferimento a terra dei dati di osservazione della Terra e la telemetria. Si approfondiscono le tecniche di modulazione e di codifica, i sistemi di antenna ed il loro impatto su piattaforma ed assetto, il dimensionamento della potenza. Nell’ambito dei payload di navigazione, si studiano i sistemi di navigazione satellitare globale (GNSS) per la navigazione satellitare ed i sistemi terrestri e satellitari per incrementarne le prestazioni. Si approfondiscono le forme d’onda utilizzate, le tecniche di acquisizione dei segnali e di stima di posizione, le principali sorgenti di errore e le prestazioni, i sistemi di antenna ed il dimensionamento della potenza.
SPECIFICI Conoscenza e capacità di comprensione: al termine, lo studente ha acquisito una conoscenza di base sulle due tipologie di payload considerate e sui loro parametri principali, sui sistemi e le missioni che sono centrati su di essi. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: al termine, lo studente ha acquisito la capacità di valutare criticamente sia la scelta del payload, tramite il dimensionamento dei suoi parametri principali in funzione dei requisiti operativi (dai requisiti utente), sia la sua integrazione con la piattaforma. Inoltre, lo studente acquisisce: Autonomia di giudizio: al termine, lo studente ha maturato l’autonomia di giudizio necessaria per integrare le conoscenze sulle diverse tipologie di payload, gestirne la complessità delle tecnologie impiegate nelle diverse missioni spaziali, e valutarne le prestazioni nei diversi contesti applicativi. Abilità comunicative: al termine del corso lo studente ha acquisito la capacità di operare in un contesto fortemente multi-disciplinare interagendo con ingegneri progettisti delle strutture e delle tecnologie dell’informazione per lo spazio, con tecnici specialisti e interlocutori non specialisti. Capacità di apprendimento: al termine del corso lo studente ha sviluppato la capacità di approfondire autonomamente lo studio delle nuove tecnologie impiegate nelle future evoluzioni dei sistemi satellitari.

SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D
Modulo: COMMUNICATION PAYLOAD
Comunicazioni Satellitari (3 CFU):

• Aree di copertura delle comunicazioni satellitari per Broadcast Audio/TV, Networking, Personal communication: singoli satelliti e costellazioni in orbite GEO, MEO, LEO con i corrispondenti fasci di antenna sia larghi che ad alto guadagno. Elementi di antenne per applicazioni spaziali; sistemi di antenna per il satellite e per il segmento di terra. Requisiti di precisione del puntamento dell'antenna. Modelli semplificati per la propagazione del segnale per la comunicazione satellitare.
• Diagramma a blocchi del ricetrasmettitore di comunicazione digitale satellitare, compresa la codifica dei canali, la mappatura sulla costellazione, l'up-conversion; amplificazione e propagazione; down-conversion, decisione, e decodifica. Link budget, efficienza spettrale e Bit Error Rate. Progettazione preliminare del collegamento di comunicazione.
• Codifica di canale: distanza di Hamming, rilevamento e correzione degli errori, codici di Hamming, codici a blocchi, codici lineari, codici ciclici (CRC, BCH e R-S), codici perfetti, LPDC, codici convoluzionali e decodifica di Viterbi, codici concatenati, turbo-codici; errori a burst e interleaving. Richiami di teoria della probabilità: variabili aleatorie discrete; distribuzione di Bernoulli; valutazione del BER con Forward Error Correction.
• Richiami di teoria della probabilità. il teorema del limite centrale. Rumore termico, figura di rumore e temperatura; valutazione del Bit Error Rate per le diverse costellazioni.
• Tecniche di accesso multiplo: Multiplexing a Divisione di Frequenza, Multiplexing a Divisione di Tempo, Multiplexing a Divisione di Codice; Uso della diversità di polarizzazione.
• Codifica e trasmissione di dati di telemetria digitale da satellite/lanciatore.
• Elementi di networking satellitare

Modulo: SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
N/D
Modulo: COMMUNICATION PAYLOAD

• Introduzione alle

tematiche del corso e contesto, modalità di erogazione lezioni, di svolgimento

esercitazioni e di valutazione. - ( 1 ora)

• Testi di riferimento: Slide della lezione disponibile in rete sul

sito web

• Link budget per satelliti

in LEO, MEO, GEO con fasci omnidirezionali, globali o spot - (3 ore)

• Testi di riferimento: Slide:

02_Payload_link_budget _intro

• Filtraggio del segnale:

filtro adattato, funzioni di trasferimento di Nyquist per evitare Interferenza InterSimbolica

(ISI) e forme a coseno rialzato - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

03_Payload_matched_filter

07_Payload_ISI

• Antenne per TLC isotrope

e direzionali: lineari, ad apertura e a phased array - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

05_Payload_2024_linkbudget_core_v2

06_Payload_2024_Global_Scheme

• Transmissioni

digitali di banda Base e Banda Traslata con le Modulazioni: M-PAM, MQAM, PSK

and APSK: mapping/demapping, pulse shaping, up/down-conversion with I&Q mod/demodulator. - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

05_Payload_2024_linkbudget_core_v2

06_Payload_2024_Global_Scheme

• Rumore termico, rumore

del cielo, ricevitore e impatto delle condizioni meteorologiche - (2 ore)

• Testi di riferimento: Slide:02_Payload_link_budget
• Bit

Error Rate (BER) of M-PAM, MQAM, PSK and

APSK - (2 ore)

• Testi di riferimento: Slide:08_Payload_BER
• Codifica

di sorgente e di canale e BER con codifica di canale - (5 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

11_Payload_Coding

13_Payload_Shannon

• Collegamento GEO per Digital

Video Broadcast e trasponder - (1 ora)

• Testi di riferimento: slide:09_Payloads_2024_Transponder
• Payload

of Internet Satellites in GEO and LEO - (1 ora)

• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Internet
• Costellazioni LEO per internet/personal

communication - (2 ore)

• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Internet
• Il collegamento di TT&C

data link e le sue caratteristiche - (1 ora)

• Testi di riferimento: slide:14_TT&C

COMMUNICATION PAYLOAD
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Comunicazioni Satellitari (3 CFU):

• Aree di copertura delle comunicazioni satellitari per Broadcast Audio/TV, Networking, Personal communication: singoli satelliti e costellazioni in orbite GEO, MEO, LEO con i corrispondenti fasci di antenna sia larghi che ad alto guadagno. Elementi di antenne per applicazioni spaziali; sistemi di antenna per il satellite e per il segmento di terra. Requisiti di precisione del puntamento dell'antenna. Modelli semplificati per la propagazione del segnale per la comunicazione satellitare.
• Diagramma a blocchi del ricetrasmettitore di comunicazione digitale satellitare, compresa la codifica dei canali, la mappatura sulla costellazione, l'up-conversion; amplificazione e propagazione; down-conversion, decisione, e decodifica. Link budget, efficienza spettrale e Bit Error Rate. Progettazione preliminare del collegamento di comunicazione.
• Codifica di canale: distanza di Hamming, rilevamento e correzione degli errori, codici di Hamming, codici a blocchi, codici lineari, codici ciclici (CRC, BCH e R-S), codici perfetti, LPDC, codici convoluzionali e decodifica di Viterbi, codici concatenati, turbo-codici; errori a burst e interleaving. Richiami di teoria della probabilità: variabili aleatorie discrete; distribuzione di Bernoulli; valutazione del BER con Forward Error Correction.
• Richiami di teoria della probabilità. il teorema del limite centrale. Rumore termico, figura di rumore e temperatura; valutazione del Bit Error Rate per le diverse costellazioni.
• Tecniche di accesso multiplo: Multiplexing a Divisione di Frequenza, Multiplexing a Divisione di Tempo, Multiplexing a Divisione di Codice; Uso della diversità di polarizzazione.
• Codifica e trasmissione di dati di telemetria digitale da satellite/lanciatore.
• Elementi di networking satellitare

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• Introduzione alle

tematiche del corso e contesto, modalità di erogazione lezioni, di svolgimento

esercitazioni e di valutazione. - ( 1 ora)

• Testi di riferimento: Slide della lezione disponibile in rete sul

sito web

• Link budget per satelliti

in LEO, MEO, GEO con fasci omnidirezionali, globali o spot - (3 ore)

• Testi di riferimento: Slide:

02_Payload_link_budget _intro

• Filtraggio del segnale:

filtro adattato, funzioni di trasferimento di Nyquist per evitare Interferenza InterSimbolica

(ISI) e forme a coseno rialzato - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

03_Payload_matched_filter

07_Payload_ISI

• Antenne per TLC isotrope

e direzionali: lineari, ad apertura e a phased array - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

05_Payload_2024_linkbudget_core_v2

06_Payload_2024_Global_Scheme

• Transmissioni

digitali di banda Base e Banda Traslata con le Modulazioni: M-PAM, MQAM, PSK

and APSK: mapping/demapping, pulse shaping, up/down-conversion with I&Q mod/demodulator. - (4 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

05_Payload_2024_linkbudget_core_v2

06_Payload_2024_Global_Scheme

• Rumore termico, rumore

del cielo, ricevitore e impatto delle condizioni meteorologiche - (2 ore)

• Testi di riferimento: Slide:02_Payload_link_budget
• Bit

Error Rate (BER) of M-PAM, MQAM, PSK and

APSK - (2 ore)

• Testi di riferimento: Slide:08_Payload_BER
• Codifica

di sorgente e di canale e BER con codifica di canale - (5 ore)

• Testi di riferimento: Slides:

11_Payload_Coding

13_Payload_Shannon

• Collegamento GEO per Digital

Video Broadcast e trasponder - (1 ora)

• Testi di riferimento: slide:09_Payloads_2024_Transponder
• Payload

of Internet Satellites in GEO and LEO - (1 ora)

• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Internet
• Costellazioni LEO per internet/personal

communication - (2 ore)

• Testi di riferimento: slide:12_Payload_ACM_SatTV_and_Internet
• Il collegamento di TT&C

data link e le sue caratteristiche - (1 ora)

• Testi di riferimento: slide:14_TT&C

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SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS
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N/D
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• Dispense delle lezioni disponibili in rete sul sito web https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=15493
• Satellite Communications, Timothy Pratt, Jeremy Allnutt, JohnWiley & Sons Ltd, Third Edition, 2020

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• Dispense delle lezioni disponibili in rete sul sito web https://elearning.uniroma1.it/course/view.php?id=15493
• Satellite Communications, Timothy Pratt, Jeremy Allnutt, JohnWiley & Sons Ltd, Third Edition, 2020

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L’obiettivo del corso è fornire agli studenti la conoscenza dettagliata delle metodologie in uso per il progetto dei satelliti e dei sistemi satellitare, secondo gli standard internazionali.

Elementi costitutivi del veicolo spaziale e quantificazione dei requisiti operativi in base alla missione.

Progetto e strategie per il controllo di missione.

Dimensionamento dei sottosistemi e tecniche di concurrent engineering.

Budget di massa, potenza, manovre, comunicazione, gestione dati.

Interfaccia con il sistema di lancio e prove a terra.

Standard internazionali. Normativa ECSS e procedura di tailoring degli standard.

esame orale

wertz - space mission analysis and design

Conoscere i criteri di progettazione di massima di un sistema elettrico satellitare, e la sua stretta correlazione con il sistema satellite.
Conoscere i criteri di dimensionamento di: generatori fotovoltaici, circuiti, sistemi di accumulo energetico, sistemi di protezione elettrica.

-analisi dei carichi e della potenza

-schemi di base di un sistema elettrico spaziale

-accumulo dell'energia e tipologia di accumulatori

-generatori fotovoltaici

-elettronica di potenza: componenti fondamentali e convertitori

-distribuzione dell'energia: dimensionamento elettrico, termico e corto circuito

-sistemi di protezione: relè, interruttori e fusibili

-sovratensioni

-contatti diretti, dispersori, contatti indiretti

-affidabilità

-valutazione dell'affidabilità: calcolo con tassi di guasto costanti, metodo Monte Carlo e metodo di Markov

-schemi per la regolazione di tensione in un satellite: s3r e s4r

-procedura di calcolo preliminare di dimensionamento di un sistema

• Settimana 1: Topologie dei sistemi elettrici-Topologia sistema elettrico spaziale
• Settimana 2: Cella e array fotovoltaico
• Settimana 3: Celle elettrochimiche e batterie
• Settimana 4: PWM e convertitori DC/DC
• Settimana 5: Regolazione del bus del satellite
• Settimana 6: Cavi e dimensionamento cavi in regime di normale funzionamento
• Settimana 7: Sovracorrenti
• Settimana 8: Dimensionamento protezioni (interruttori e fusibili)
• Settimana 9: Sicurezza elettrica
• Settimana 10: Affidabilità
• Settimana 11: Esercitazione numerica su dimensionamento di impianto fotovoltaico - batteria
• Settimana 12: Architetture MPPT e micro-satellite

L'esame si svolge in una prova orale che consiste in domande teoriche sul programma del corso

Il testo di riferimento è

"Spacecraft Power Systems" di Mukund R. Patel, CRC Press, 2005

Fornire una conoscenza di base dei propulsori astronautici, cioè dei propulsori impiegati nelle missioni spaziali per manovre di "deep-space" oppure per controllo d'assetto e "station-keeping". Fornire gli strumenti utili allo studio dei propulsori elettrotermici, elettrostatici, elettromagnetici e nucleari termici. Attenzione viene posta verso le alternative “green” ai sistemi propulsivi chimici convenzionali per le applicazioni future con l’obiettivo di ridurre l’impiego di propellenti tossici.

I materiali utilizzati nelle applicazioni aerospaziali devono soddisfare particolari requisiti di prestazione estendendo le limitazioni di progettazione dei convenzionali materiali ingegneristici e la domanda di design e considerando prodotti più efficaci dal punto di vista dell'efficienza energetica, delle prestazioni durante il ciclo di vita e della sostenibilità ambientale (impiego di materiali riutilizzabili e/o riciclabili). In questo contesto, rientra lo sviluppo di processi di manufacturing in situ in ambiente planetario (Luna e Marte) basati su risorse locali per limitare il trasporto da Terra e il relativo impiego di risorse non rinnovabili. L'obiettivo del corso è quello di illustrare agli studenti tutti gli aspetti dei materiali, delle tecnologie e dei processi e il loro uso nel campo aerospaziale, anche nell’ottica della sostenibilità e dell’economia circolare nello spazio. Gli studenti svilupperanno la conoscenza della tecnologia dei materiali aerospaziali in relazione alla progettazione, all’analisi e al testing. Particolare rilievo sarà dato alle applicazioni pratiche e alla ricerca in corso. Il corso comprenderà una breve sezione di laboratorio, in cui gli studenti fabbricheranno e testeranno una semplice struttura in materiale composito avanzato.

Introduzione all’ambiente spaziale; sotto-ambienti e loro effetti sulle strutture; la missione LDEF ed i dati sui materiali; l’ambiente termico e le proprietà termo-ottiche dei materiali; first suface mirrors e second surface mirrors. i Multi layer insulation blancket: Kapton, Mylar e coatings, metodi di assemblaggio e di messa a terra. Effetti degli UV sui materiali polimerici; cerchi di colore. Meccanismi di outgassing: desorbimento, diffusione, decomposizione; relazione semi-empirica della perdita di massa; Test di outgassing secondo normativa ASTM 595 e ECSS_Q70; Contaminazione molecolare ed effetto sulle proprietà termo-ottiche; Equazione semi-empirica dei tempi di permanenza; Effetti sinergici UV ed outgassing; test di outgassing; foto-deposizione. Descrizione dell’ Ambiente neutro: drag aerodinamico; Attacco dell’ossigeno atomico sui materiali; Equazione di erosione; Energia associata all’impatto e sputtering delle particelle; Spacecraft glow. Ambiente plasma: ionosfera e magnetosfera; Charging ed effetti sulle strutture: Elettrostatic discharge, Dielectric breackdown, gaseous arc discharge, riattrazione dei contaminanti; Linee guida alla scelta dei materiali in ambiente neutro e ambiente plasma. Ambiente Micrometeoriti ed orbital debris: fisica dell’impatto ad ipervelocità, morfologia del danno su materiali compositi, metalli, coperte termiche, coatings; criteri di progettazione dei sistemi multi-shock shield: concetto di bumper, stand-off; flexible multi-shock shield; esempi di strutture (Columbus modulus). Ambiente radiazioni: radiazioni nello spazio e loro effetti sulle strutture; tecniche attuali di schermatura.

Introduzione ai materiali compositi avanzati. Resine termoindurenti e termoplastiche di uso aerospaziale. Differenze tra termoplastici e termoindurenti: materiale amorfo, cristallino e semicristallino; concetto di temperatura di transizione vetrosa; Curva del modulo elastico-temperatura; Curva Entalpia-Temperatura/Tempo, analisi e controllo della qualità mediante Dynamic Scanning Calorimeter; concetto di polimerizzazione e grado di cura. Concetto di viscosità e dipendenza dal tempo, dalla temperatura e dal grado di cura. Fibre strutturali. Tecnologie di preforming: 2D e 3D braiding, 3D weaving; stitching, binder e tackfier.

Equazioni di trasporto per i processi di fabbricazione dei materiali compositi e leggi costitutive: equazione di continuità in mezzo poroso; Equazione di Darcy; Equazione dell’energia per processi isotermi e non isotermi. Permeabilità e metodi sperimentali per la determinazione. Effetti delle fasi di compattazione e di impregnazione sulle proprietà finali delle strutture. Trasformazioni di fase durante i processi di manufacturing. Modello analitico dei processi Liquid Composite Molding. Modello analitico dell’autoclave. Modello analitico del processo di filament winding: strutture geodetiche e non geodetiche. Modello analitico del processo injection molding. Approccio numerico per la simulazione del processo: elementi finiti al volume di controllo e diagramma di Voronoi.

Solidi cellulari: struttura e proprietà di foams e aerogel. Foams e aerogel per sistemi aerospaziali. Processi fondamentali e applicazioni. Honeycombs per uso aerospaziale. Strutture con zero-Poisson ratio e negative-Poisson ratio. Cenni di tecniche di Kirigami.

Strutture sandwich: tecniche realizzative e difetti di processo; proprietà meccaniche; impieghi in sistemi spaziali.

Esperienze di laboratorio

• Introduzione

all’ambiente spaziale

• Testi di riferimento: dispense del docenteBook: The Space Environment: Implications for Spacecraft Design
• Ambiente

termico e proprietà termo-ottiche dei materiali

• Testi di riferimento: dispense del docenteBook: The Space Environment: Implications for Spacecraft Design
• Ambiente vuoto e Meccanismi

di outgassing

• Testi di riferimento: dispense del docenteBook: The Space Environment: Implications for Spacecraft Design
• Contaminazione molecolare
• Testi di riferimento: dispense del docenteBook: The Space Environment: Implications for Spacecraft Design
• Ambiente

neutro ed effetti sui materiali, soluzioni tecnologiche

• Testi di riferimento: dispense del docenteBook: The Space Environment: Implications for Spacecraft Design
• Ambiente

plasma e cariche elettrostatiche, Linee

guida per la scelta dei materiali in ambiente plasma

• Testi di riferimento: dispense del docenteBook: The Space Environment: Implications for Spacecraft Design
• Impatto ad ipervelocità e morfologia del danno; Sistemi multi-shock shield:

bumper, stand-off, flexible shields

• Testi di riferimento: dispense del docenteBook: The Space Environment: Implications for Spacecraft Design
• Ambiente

radiazioni e schermature

• Testi di riferimento: dispense del docenteBook: The Space Environment: Implications for Spacecraft Design
• Introduzione

ai materiali compositi avanzati; resine termoindurenti e termoplastiche

• Testi di riferimento: dispense del docentebook: Process Modeling in Composite Manufacturing
• Fibre

strutturali e tecnologie di preforming

• Testi di riferimento: dispense del docente
• Processi di

manufacturing dei compositi; LCM

• Testi di riferimento: dispense del docentebook: Process Modeling in Composite Manufacturing
• Processi di manufacturing dei compositi; FW
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Processi di manufacturing dei compositi; IM
• Testi di riferimento: dispense del docentebook: Process Modeling in Composite Manufacturing
• Strutture

sandwich e materiali cellulari

• Testi di riferimento: dispense del docente
• esercitazione numerica per il calcolo delle proprietà del materiale
• Testi di riferimento: dispense del docente
• esercitazione numerica: analisi FEM di una caso semplice
• Testi di riferimento: dispense del docente
• esercitazione numerica: analisi FEM di una caso semplice e comparazione con dati sperimentali e analitici
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di Laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di Laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di Laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di Laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di Laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di Laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente
• Esperienza di Laboratorio
• Testi di riferimento: dispense del docente

La valutazione della preparazione dello studente consta di domande orali a risposta aperta che vertono su argomenti trattati nel corso. Le stesse domande possono anche essere fatte per iscritto. La valutazione della prova orale costituisce il 85% della valutazione finale.La valutazione sarà effettuata per ciascun argomento (valutazione in trentesimi): conoscenza minima (valutazione tra 18 e 20); conoscenza media (21-23); capacità di applicare la conoscenza in maniera sufficiente (24-25); buona capacità di applicare la conoscenza (26-28); capacità di applicare la conoscenza in maniera eccellente con buone capacità di comunicazione e senso critico (29-30).

Prima dell'esame, entro la data stabilita dal docente, è richiesta la consegna di un elaborato finale riguardante le esperienze numeriche e sperimentali eseguite in laboratorio. Qualora l'elaborato sarà valutato positivamente, inciderà per il 15% sulla valutazione finale.

• dispense del docente
• The Space Environment: Implications for Spacecraft Design by Alan C. Tribble. Princeton University Press, Princenton New Jersey, 2003
• Process Modeling in Composite Manufacturing by Suresh G. Advani and E. Murat Sozer. MARCEL DEKKER, INC. NEW YORK, 2003