Design and simulation of attitude determination and control system

In the framework of Earth Observation missions, a new and innovative satellite constellation is introduced by Prométhée NewSpace French start-up. The latter will be capable of producing images at an incomparable reactivity through inter-satellite communication. In this thesis, the focus will be on the first prototype Nanosatellite and in particular, around the design of an attitude determination and control subsystem simulator to help understand if the satellite will have the required precision for the imaging hardware. In order to acquire the desired pictures and with the required dimensions, the satellite will have to under a slew maneuver called Forward Motion compensation (FMC) maneuver. For sake of anticipation, designing those maneuvers on the ground is a necessary pillar of the mission. This slew maneuver will be the input of the Attitude Control Simulator and a precise design of this system should be made in order to meet the imaging requirements. The design of the ADCS Controller, the reaction wheels complete dynamics, the disturbances encountered in the LEO orbit and different attitude control scenarios with different sensors used are discussed in this thesis. Finally, a compliance verification by studying the errors induced by the ADCS will be carried out in order to have a validation of the simulator and its performance with respect to the requirements set by the imaging hardware.

Nell'ambito delle missioni di osservazione della Terra, una nuova e innovativa costellazione di satelliti viene introdotta dalla start-up francese Prométhée NewSpace. Quest'ultimo sarà in grado di produrre immagini con una reattività impareggiabile attraverso la comunicazione inter-satellite. In questa tesi, il focus sarà sul primo prototipo di Nanosatellite e in particolare sulla progettazione di un simulatore di sottosistema di determinazione e controllo dell'assetto che aiuti a capire se il satellite avrà la precisione richiesta per l'hardware di imaging. Per acquisire le immagini desiderate e con le dimensioni richieste, il satellite dovrà sottoporsi a una manovra di rotazione chiamata manovra di compensazione del movimento in avanti (FMC). Per motivi di anticipazione, progettare quelle manovre a terra è un pilastro necessario della missione. Questa manovra di rotazione sarà l'input del simulatore di controllo dell'assetto e un progetto preciso di questo sistema dovrebbe essere realizzato per soddisfare i requisiti di imaging. In questa tesi vengono discussi il progetto del Controller ADCS, la dinamica completa delle ruote di reazione, i disturbi riscontrati nell'orbita LEO e diversi scenari di controllo dell'assetto con diversi sensori utilizzati. Infine, sarà effettuata una verifica di conformità attraverso lo studio degli errori indotti dall'ADCS al fine di avere una validazione del simulatore e delle sue prestazioni rispetto ai requisiti imposti dall'hardware di imaging.