Optimised design procedure for large constellations based on parametric approach

The space industry is continuously innovating and the technology improves every day. The technology improvement allows the development of cheaper satellites, more sophisticated and miniaturised. All the new possibilities offered to the market make easier for private companies to provide space-based services. The great opportunity that is emerging nowadays is the possibility to implement a large number of satellites in order to provide space services with affordable costs for private companies. The large number of satellites working together is called Large Satellite Constellation. The design procedure to implement a large constellation is not particularly easy since a designer should deal with a great number of satellites. The advantages due to the possibility to have many satellites is balanced by different problems like the on-orbit build-up process, the maintenance of the constellation, the end of life phase management etc. The aim of this thesis work is to develop an optimised design procedure for large constellation. This work will discuss which are the main constellation design procedures available until now. Then the main issues of large constellations will be discussed and different novelties for the various aspects of the large constellations will be proposed. Finally, a multi-objective optimisation procedure will be applied to provide different options of optimal constellations, that considers all the main areas of interest for large constellation. In the end a practical design example will be proposed to demonstrate that the proposed design procedure can have practical application.

L’industria spaziale continua sempre a innovarsi e la tecnologia migliora ogni giorno. Il miglioramento della tecnologia permette lo sviluppo di satelliti meno costosi, più sofisticati e miniaturizzati. Tutte le nuove possibilità offerte al mercato rendono più facile alle aziende private la fornitura di servizi dallo spazio. La grande opportunità che sta venendo fuori oggigiorno è la possibilità di implementare un gran numero di satelliti per fornire servizi dallo spazio con costi affrontabili per le aziende private. Un grande gruppo di satelliti che lavorano assieme viene chiamato Large Satellite Constellation. La procedura di progettazione per implementare una grande costellazione non è particolarmente facile poiché un progettista dovrebbe occuparsi di un gran numero di satelliti. I vantaggi offerti dalla possibilità di avere molti satelliti sono bilanciati da diversi problemi come: il processo di implementazione in orbita, il mantenimento della costellazione, la gestione della fase di fine vita etc. Lo scopo di questo lavoro di tesi è quello di sviluppare una procedura di progettazione ottimizzata per grandi costellazioni. Questo lavoro discuterà quali sono le principali procedure di progettazione delle costellazioni disponibili fino ad ora. Quindi verranno discussi i principali problemi delle grandi costellazioni e diverse novità riguardanti i vari aspetti della grande costellazione verranno proposti. Infine, verrà applicata una procedura di ottimizzazione multi-obiettivo per fornire diverse opzioni di costellazioni ottimali, che considerino tutte le principali aree di interesse per la grande costellazione. In fine un esempio pratico di progettazione verrà proposto per dimostrare che la procedura di progettazione proposta può avere un'applicazione pratica.