Simulation of debris re-entry trajectory

In the recent years, research has been carried out to study the surviving space debris to avoid the risks to human life and ground property. The lifetime of the re-entry objects in low earth orbit (LEO) is limited due to the influence of atmospheric drag. In general, almost 10 to 40 percentage of the satellite’s mass will survive re-entry. But the actual percentage of the survival depends on the object’s material, size, shape, and weight. NASA and ESA had developed various software tools by considering either complete spacecraft or set of spacecraft objects which have been retrieved after the re-entry. The mass, position, and velocity prediction of an object during its re-entry are critical to satisfy NASA and ESA requirements. This thesis proposes methods to determine altitude,velocity and mass system for the re-entry from low earth orbit for objects like sphere, cylinder and flat plate with various materials and size. The objective of this work is to analyse the space hardware after the break-up, considering the fragments of simple geometrical shapes, trajectory, aerodynamic, aerothermodynamics environment, and thermal loads acting on the spacecraft. A set of spacecraft materials were taken for research by imposing their thermal properties into the code. The thesis roughly estimates the demise altitude and final mass, but also allows for potential accuracy and speed improvements.

Negli ultimi anni, sono state condotte ricerche per studiare i detriti spaziali sopravvissuti per evitare i rischi per la vita umana e le proprietà del suolo. La durata degli oggetti di rientro in orbita terrestre bassa (LEO) è limitata a causa dell'influenza della resistenza atmosferica. In generale, quasi dal 10 al 40 percento della massa del satellite sopravviverà al rientro. Ma la percentuale effettiva della sopravvivenza dipende dal materiale, dalle dimensioni, dalla forma e dal peso dell'oggetto. La NASA e l'ESA hanno sviluppato vari strumenti software prendendo in considerazione veicoli spaziali completi o un insieme di oggetti di veicoli spaziali che sono stati recuperati dopo il rientro. La previsione di massa, posizione e velocità di un oggetto durante il suo rientro sono fondamentali per soddisfare i requisiti della NASA e dell'ESA. Questa tesi propone metodi per determinare l'altitudine, la velocità e il sistema di massa per il rientro dall'orbita terrestre bassa per oggetti come sfera, cilindro e lastra piana di vari materiali e dimensioni. L'obiettivo di questo lavoro è analizzare l'hardware spaziale dopo la rottura, considerando i frammenti di forme geometriche semplici, traiettoria, ambiente aerodinamico, aerotermodinamico e carichi termici che agiscono sul veicolo spaziale. Una serie di materiali per veicoli spaziali è stata utilizzata per la ricerca imponendo le loro proprietà termiche nel codice. La tesi stima approssimativamente l'altitudine di scomparsa e la massa finale, ma consente anche potenziali miglioramenti di precisione e velocità.