Design and analysis of a damping system for landing in microgravity

The Rosetta/Philae Mission demonstrated that landing in microgravity requires a system able to dissipate entirely the whole kinetic energy of the vehicle. Moreover, the uncertainties related to the environment of the target body and to the vehicle parameters during the landing require a robust system able to guarantee a bouncing velocity lower than the escape velocity of the celestial body and a moderate deceleration transmitted to the payload. The proposed system is a combination of a passive damper based on granular technology and a translational active piezoelectric brake. The simplicity e the great dissipative capability of the first together with the high controllability of the second, joined with their intrinsic resistance to space environment, led to the choice of these technologies. The characterization of the behaviour of the granular material through a numerical approach based on DEM, the multibody simulations and the subsequent definitive sizing demonstrated that the considered solutions are able to fulfill the requested task.

La Missione Rosetta/Philae ha dimostrato che l'atterraggio in microgravità necessita di un sistema in grado di dissipare interamente tutta l'energia cinetica posseduta dal veicolo. Inoltre, le incertezze legate all'ambiente su cui si atterra e ai parametri del veicolo nel momento dell'atterraggio richiedono un sistema robusto in grado di garantire una velocità di rimbalzo inferiore alla velocità di fuga del corpo celeste e una moderata decelerazione trasmessa al carico pagante. Il sistema proposto è una combinazione di un dissipatore passivo a tecnologia granulare e un freno traslazionale attivo piezoelettrico. La semplicità e la grande capacità dissipativa del primo insieme all'alta controllabilità del secondo, il tutto unito alla loro intrinseca resistenza all'ambiente spaziale, hanno portato alla scelta di tali tecnologie. La caratterizzazione del comportamento del materiale granulare attreverso un approccio numerico basato sul DEM, le simulazioni multicorpo e il successivo dimensionamento definitivo hanno dimostrato che le soluzioni considerate sono in grado di adempire al compito richiesto.