Rendezvous and close proximity operations for an interplanetary CubeSat around small bodies

In recent years, missions to celestial bodies have been carried out. However, these missions were expensive and were directed towards large asteroids or comets. This work will focus on the design of a mission directed towards a small body using an interplanetary CubeSat, defining all the needed operations to characterize the small body. This statement introduces two limitations with respect to the previous mission: to use a cheaper vehicle and to target a celestial body whose gravitational attraction will not affect the spacecraft dynamics. Interest in this topic stems from the fact that literature is poor in information on this type of asteroids and the fact that these bodies can be a useful resource in the future. The design of the trajectories was carried out after developing a dynamic model and, subsequently, developing a program that allows to make the design of the trajectory by changing each time certain parameters. In addition, the performance of Vision-based Navigation is discussed. To perform this analysis, a 3D modeling program was used to faithfully simulate the asteroid approach. The analysis of navigation based on the Center of Brightness have shown how, taking into account some factors, it is possible to obtain a good level of navigation.

Negli ultimi anni sono state progettate varie missioni verso i corpi celesti. Tuttavia, queste missioni erano costose ed erano dirette verso asteroidi o comete di grandi dimensioni. Questo lavoro si concentrerà sulla progettazione di una missione diretta verso un asteroide di piccole dimensioni usando un CubeSat interplanetario, identificando tutte le operazioni necessarie per caratterizzare il corpo celeste. Vengono introdotti due limiti rispetto alle missioni precedenti: l’utilizzo di un veicolo più economico e il puntare verso un corpo celeste la cui attrazione gravitazionale sarà troppo debole per influenzare la dinamica del veicolo spaziale. L’interesse per questo argomento nasce dal fatto che la letteratura è povera di informazioni su questo tipo di asteroidi e dal fatto che questi corpi potranno essere utili risorse in futuro. La progettazione delle traiettorie è stata effettuata sviluppando un adeguato modello dinamico e, successivamente, creando un software che consente di progettare la traiettoria del veicolo cambiando di volta in volta determinati parametri. Inoltre, vengono discusse le prestazioni della Navigazione basata sulle immagini acquisite dalla camera a bordo del veicolo spaziale. Per eseguire questa analisi, è stato utilizzato un programma di modellazione 3D per simulare fedelmente l’approccio all'asteroide. L’analisi della navigazione basata sul Centro di Luminosità ha mostrato come, tenendo conto di alcune fattori, sia possibile ottenere un buon livello di navigazione.