Understanding the 65803 Didymos dynamical environment applying Lagrangian coherent structures

The Hera mission, led by the European Space Agency (ESA), is part of the Asteroid Impact and Deflection Assessment (AIDA) international collaboration, whose main objective is to evaluate the effects of a kinetic impactor for deflecting the 65803 Didymos binary asteroid. Hera poses itself as the first mission to investigate planetary defence techniques and it will deploy two CubeSats, named Juventas and Milani, once in proximity of Didymos binary system. This work focuses on the dynamics of Milani CubeSat, which is subject to extremely chaotic dynamics as a result of the very irregular mass distribution and weak gravity field of both primaries of the Didymos binary system, as well as due to the non-negligible contribution of the solar radiation pressure. Trajectory design in a similar environment is nontrivial, from which it follows the need to develop new techniques for understanding the natural behaviour of analogous complex dynamical systems. In this regard, the aim of this thesis is to propose a potential solution by applying Lagrangian Coherent Structures, which define a separatrix of regions in a flow with distinct dynamics.

La missione Hera, condotta dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA), è parte del programma di collaborazione internazionale AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment), il cui obiettivo è quello di misurare e valutare gli effetti provocati dall’impatto di una sonda sull’asteroide binario 65803 Didymos. Hera è quindi la prima missione per lo studio di una tecnica di difesa planetaria. Due CubeSats, chiamati rispettivamente Juventas e Milani, verranno rilasciati una volta raggiunto l’asteoroide. Il lavoro di questa tesi è incentrato sul CubeSat Milani, soggetto ad una dinamica estremamente caotica a causa della distribuzione di massa irregolare dei due corpi primari componenti l’asteroide, della loro debole forza gravitazionale e del contributo non trascurabile della pressione di radiazione solare. Lo studio e il design di traiettorie in un ambiente simile non è affatto banale, e da qui nasce il bisogno di nuove tecniche per la comprensione delle dinamiche naturali di sistemi così complessi. A questo proposito, questa tesi vuole proporre una nuova possibile soluzione attraverso l’applicazione delle così dette strutture coerenti di Lagrange (meglio note come Lagrangian Coherent Structures) con lo scopo di definire regioni con dinamiche differenti.