Multidisciplinary approach of small air launched rocket preliminary design

Air Launch to orbit is an interesting launch strategy nevertheless rarely used. It has advantages from the flexibility point of view and the overall efficiency, however interfaces with the carrier aircraft restrict the size of the launcher dramatically. This opens the possibility of designing a small air launched rocket designed to timely inject one nanosatellite at a time, nanosatellites whose market is expected to increase in the incoming years. This concept can broaden Europe and Italy launch capabilities to a new payload range, and can open the opportunity of launching directly from Europe, opportunity nowadays unfeasible. Multidisciplinary approach is a kind of design method specifically thought for complex architectures where the subsystems are highly coupled among each others. This approach has been widely used in the space and launcher industry showing good results and faster design time. Such a method is used to the preliminary design phase of a small air launched rocket thought to take service in a few years, this rocket would have the capability of launching specifically and individually one nanosatellite. Some innovative tools are developed to enhance the design process of launchers and propose solutions for future upgrades. An novel multiconfiguration staging design is sized and used to create multiple configurations of the rocket in order to extend its market without increasing the costs. Another solution regards the usage of an innovative hybrid rocket engine configuration for improving the upper stage performances. Finally a novel guidance control strategy is proposed for the rocket ascent trajectory, this solution is based on a Model Predictive Control strategy.

Il metodo dell'aviolancio è una delle strategie di lancio più interessanti e promettenti, tuttavia poco utilizzata. Possiede vantaggi dal punto di vista della flessibilità di lancio e dell'efficienza complessiva del lanciatore, tuttavia l'interfaccia con l'aereo che lo trasporta riduce considerevolmente la taglia massima. Questa strategia apre alla possibilità di progettare un piccolo lanciatore aviolanciato pensato per lanciare un nanosatellite alla volta, nanosatelliti il cui mercato è previsto espandersi nei prossimi anni. Questa idea può ampliare le capacità di lancio Europee ed Italiane ad una nuova classe di satellite, e inoltre apre alla possibilità di lanciare direttamente da territorio Europeo, possibilità ad oggi irrealizzabile. L'approccio Multidisciplinare è un tipo di progettazione pensato specificatamente per architetture complesse i cui sottosistemi sono intrinsicamente interconnessi tra loro. Questo tipo di approccio è stato ampiamente utlizzato nell'industria aerospaziale e dei lanciatori, fornendo ottimi risultati anche dal punto di vista del tempo di progettazione. Questo metodo è usato per una progettazione preliminare di un piccolo lanciatore aviolanciato pensato per prendere servizio in pochi anni, tale lanciatore avrà la capacità di lanciare specificatamente e individualmente un nanosatellite alla volta. Infine, alcune soluzioni innovative sono sviluppate per migliorare la progettazione dei lanciatori e alcune idee proposte per un futuro aggiornamento del progetto. Una nuova stadiazione multi-configurazione è stata ideata per creare una seconda configurazione del lanciatore al fine di allargare il potenziale mercato senza aumentare i costi. Un'altra soluzione riguarda l'uso di un motore ibrido per l'ultimo stadio al fine di aumentarne le prestazioni. Infine una strategia di controllo innovativa per la traiettoria di ascesa è proposta, questa strategia è basata su un metodo di controllo adattivo (Model Predictive Control).