Development and analysis of an atmospheric reentry model for debris based on FOSTRAD

Since the beginning of space exploration, space debris has been accumulating along the years. This debris poses a serious thread to human operations in space because it can collide with active missions and cause their failure. In recent years, this problem has been exacerbated with the entrance of new players in the space field and will get even worse in the near future. That is why modelling the reentry of the debris is a very important step during the design of a space mission. There are several software for this purpose, developed by Space Agencies, private companies, universities; that can be of public access or for their own use. In this thesis, the aerodynamic and aerothermal modules of FOSTRAD are taken as a based to develop a software capable of completely analyzing an atmospheric reentry. It implies coupling the aerodynamics and aerothermal with a trajectory propagator and a thermal model including ablation. The analysis of an atmospheric reentry is highly dependent on the initial conditions. In this thesis, a sensitivity analysis for several parameters from the initial state of the body is carried out.

Fin dall'inizio dell'esplorazione spaziale, i detriti spaziali si sono accumulati nel corso degli anni. Questi detriti rappresentano un serio problema per le operazioni umane nello spazio, perché possono entrare in collisione con le missioni attive e causarne il fallimento. Negli ultimi anni, questo problema è stato accentuato dall'ingresso di nuovi attori nel settore spaziale e la situazione è destinata a peggiorare nel prossimo futuro. Per questo motivo, la modellazione del rientro dei detriti è un passo molto importante durante la progettazione di una missione spaziale. Esistono diversi software con questa funzione sviluppate da agenzie spaziali, aziende private o università; che possono essere di pubblico accesso o per uso proprio. In questa tesi, i moduli aerodinamico e aerotermico di FOSTRAD sono presi come base per lo sviluppo di un software in grado di analizzare completamente un rientro atmosferico. Ciò implica l'integrazione dell'aerodinamica e dell'aerotermia con un propagatore di traiettoria e un modello termico che includa l'ablazione. L'analisi di un rientro atmosferico dipende fortemente dalle condizioni iniziali. In questa tesi, viene eseguita un'analisi di sensibilità per diversi parametri delle condizioni iniziali.