Low-thrust transfers from the moon to L2 halo orbits

Even if still immature, the application of low-thrust technology to smaller classes of spacecraft such as cubesats, microsats and nanosats, is advancing at fast pace. While specific hardware for smaller spacecraft is developed, low-thrust trajectory design methods become central in the development of many modern missions. The goal of this thesis is to study and attempt to design low thrust trajectories for LUMIO, a mission currently under development. This is attempted using some broadly used techniques: Calculus of Variation and Pontryagin Maximum Principle yield the necessary conditions of optimality, in the form of a Two-Point Boundary Value Problem. Homotopy and smoothing techniques are then used to ease the solution of the problem.

Seppur in una fase iniziale, la tecnologia dei motori a bassa spinta per i satelliti più piccoli, come i cubesat, microsat e nanosat, sta avanzando rapidamente. Mentre hardware specifico per questi satelliti viene sviluppato, i metodi di progettazione di trasferimenti a bassa spinta diventano centrali nel design di molte missioni di nuova concezione. L’obiettivo di questa tesi è lo studio di trasferimenti a bassa spinta per LUMIO, una missione attualmente in fase di sviluppo. Per raggiungere questo obiettivo vengono impiegati metodi ampiamente usati nel settore: il Calcolo delle Variazioni e il Principio di Ottimalità di Pontryagin producono le condizioni necessarie di ottimalità in forma di un Two-Point Boundary Value Problem. I metodi di omotopia e di smoothing vengono usati per agevolare la soluzione del problema.