Modeling and analysis of a passive damper for landing in microgravity

Nowadays, interest in asteroids and comets exploration has widely increased thanks to the enlargement of technological limits related to space missions. Actually, these celestial objects could represent a great opportunity from different points of view. To name just a few, they are reasonably considered an important source of information about Solar System's origins and could also be mined, in future, in order to obtain construction materials to be used for in-space purposes or taken back to Earth. In order to gain these results, one of the most challenging part of such missions is represented by the landing phase. Since it is really difficult to characterize the environment of asteroids and comets, a lot of aspect must be taken into consideration in order to design a proper landing system; such as, for exemple, the irregular mass distribution, which leads to further difficulties in prediction of gravity acceleration, the absence of an atmosphere, the irregularity of the ground and so on. Another crucial aspect of the landing phase lies in the fact that gravity acceleration value is really close to 0 (0-g). This could lead to too energetic bounce-back phenomena for a landing probe characterized by a high value of kinetic energy: the satellite would bounce with an unpredictable behaviour and never come back to the surface due to the low value of the escape velocity. It is indeed clear that all missions which consider a landing phase should properly account for the kinetic energy dissipation. The landing system considered in this paper is composed by an active and a passive part. The passive system will be deeply analyzed while the active one will be only described.

Oggigiorno, l'interesse nell'esplorazione di asteroidi e comete è di gran lunga aumentato grazie al continuo superamento dei limiti tecnologici legati all'esplorazione spaziale. Questi corpi celesti possono infatti rappresentare una enorme opportunità sotto diversi punti di vista. Per nominarne giusto alcuni, essi sono ritenuti una possibile importante fonte di informazioni riguardo alla nascita del Sistema Solare e si sta inoltre prendendo in considerazione l'idea di estrarne materiali affinchè si possano trasportare indietro sulla Terra o per essere adoperati in-loco. Affinchè ciò sia possibile, una delle parti più ardue per tali missioni, è rappresentata dalla fase di atterraggio. Dal momento che è estremamente difficile caratterizzare l'ambiente di tali corpi celesti, molti aspetti diversi devono essere presi in considerazione al fine di progettare un sistema di atterraggio efficace; ad esempio l'irregolare distribuzione della massa, che porta ad ulteriori complicazione nella determinazione della accelerazione gravitazionale, l'assenza di atmosfera, l'irregolarità nella conformazione del suolo e così via. Un ulteriore aspetto cruciale della fase di atterraggio riguarda il valore di accelerazione gravitazionale che solitamente è prossimo allo 0 (0-g). Questo può infatti portare ad un fenomeno di rimbalzo, con associata troppa energia, di una sonda la cui energia cinetica non viene dissipata nel modo corretto: il satellite infatti rimbalzerebbe in modo incontrollato con la possibilità di non tornare più indietro sulla superficie per via della bassa velocità di fuga di tali corpi celesti. Di conseguenza risulta evidente che tutte le missioni il cui scopo è quello di atterrare su asteroidi o comete deve essere in grado di dissipare l'energia cinetica in modo efficiente. Il sistema di atterraggio considerato in questo lavoro è composto da una parte attiva e una parte passiva. La parte passiva verrà profondamente analizzata mentre la rimanente verrà solo riportata e descritta qualitativamente.