The semi controlled reentry : developpement of a simulator and faesibility study

In this rapport we will discuss the development of a Simulink model aimed to be a tool capable of simulating the behaviour of a satellite flying at very low altitudes, where aerodynamic disturbances become a driven factor. This simulator, which can be used in any scenario involving atmospheric passages, has as major aim to provide a simulation tool to study the feasibility of the semi-controlled re-entry . After a brief introduction that allows the reader to understand the interest of space community in semi-controlled re-entry, we will discuss all the assumptions underlying the construction of the Simulator, from the chosen reference frame convention, to the atmospheric model, the aerodynamic model, the S/C dynamic model, the thermal model and so on. Once that the Simulator will be built and validated through some explanatory scenarios, we will focus on the definition of a semi-controlled re-entry scenario based on electric propulsion and we will study its feasibility. Feasibility will be studied in terms of duration of the manoeuvre, power balance, thermal limits, controllability and compliance with SDM requirements. In this regard we will explain how to interface the simulator with the already existing software that study satellites fragmentation and impact risk.

In questa tesi si discuterà lo sviluppo di un modello Simulink finalizzato a fornire uno strumento capace di simulare il comportamento di un satellite a altitudini molto basse, dove le perturbazioni aerodinamiche sono un fattore preponderante. Questo simulatore, che potrà essere utilizzato per qualsiasi scenario coinvolga un passaggio atmosferico, ha come fine principale quello di permettere uno studio di faesibility per una desorbitazione semi-controllata. Dopo una breve introduzione che permetterà al lettore di comprendere l'interesse che la comunità spaziale ripone su questo tipo di rientro, verranno introdotte le ipotesi che giacciono alla base della costruzione del simulatore, a partire dal modello atmosferico, quello aerodinamico, fino alla dinamica dello S/C e al modello termico. Una volta terminati lo sviluppo del simulatore e la sua validazione, l'attenzione verrà riposta nella definizione di uno scenario di rientro basato sulla propulsione elettrica e sul relativo studio di faesibility. Quest'ultimo verrà analizzato in termini di vincoli temporali della desorbitazione, bilancio di potenza, limiti termici, controllabilità e assolvimento dei vincoli imposti dallo SDM. A questo proposito si spiegherà come interfacciare il simulatore ai software che studiano la frammentazione del satellite e il rischio di impatto al suolo.