Development of a digital integrated system model for concurrent mission analysis and design

This thesis presents the development of a Digital Integrated System Model (DISM) applied to the feasibility study of the SHIELD mission, aimed at enhancing mission design through the integration of domain-specific models within a system-of-systems framework. The work is conducted in the context of the Telespazio Concurrent & Collaborative Design Facility (C2DF), where principles of Set-Based Concurrent Engineering (SBCE) and Model-Based System Engineering (MBSE) are applied to accelerate early-phase space mission studies. The DISM enables the seamless interconnection of heterogeneous Domain Specific Tools (DSTs), allowing multidisciplinary teams to work concurrently while maintaining coherence across engineering domains. Throughout the study, the DISM is progressively enriched with models that simulate and evaluate mission performance metrics, facilitating trade-space exploration and decision-making. Its modular structure supports both high-level system abstraction and detailed domain-specific analyses. The SHIELD mission case study demonstrates the DISM’s ability to support rapid iteration, traceability of results, and reusability of model components. The final configuration achieved satisfies key mission requirements and validates the efficacy of the DISM approach. Furthermore, the framework’s flexibility positions it as a valuable asset for future missions, promoting collaboration, model reuse, and lifecycle continuity.

Questa tesi presenta lo sviluppo di un Modello Digitale Integrato di Sistema (DISM) applicato allo studio di fattibilità della missione SHIELD, mirato al rafforzamento del processo di design di missione attraverso l’utilizzo di un ambiente sistema-di-sistemi. Il lavoro è svolto nel contesto della Concurrent & Collaborative Design Facility (C2DF) di Telespazio, dove i principi di Set-Based Concurrent Engineering (SBCE) e Model-Based System Engineering (MBSE) sono utilizzati per accelerare le fasi iniziali degli sviluppi di missione spaziale. Il DISM consente la connessione di Domain Specific Tools (DSTs) eterogenei, quindi permette a gruppi multidisciplinari di lavorare contemporaneamente pur mantenendo coerenza in ciascun dominio ingegneristico specifico. Durante questo studio, il DISM viene progressivamente accresciuto con modelli che simulano e valutano le prestazioni di missione, facilitando l’esplorazione di uno spazio di ricerca per soluzioni (trade-space) e le scelte del gruppo di ricerca. La sua struttura modulare supporta sia modelli di alto livello più astratti che analisi dettagliate di campi specifici. Il caso studio SHIELD dimostra la capacità del DISM di supportare iterazioni rapide, tracciabilità dei risultati, e riutilizzo di componenti modellati. La configurazione finale raggiunta soddisfa requisiti di missione fondamentali e convalida l’efficacia dell’approccio di studio attraverso il DISM. Inoltre, la flessibilità di questo approccio lo porta ad essere una risorsa preziosa per missioni future, promuovendo la collaborazione, il riutilizzo di modelli, e la continuità del ciclo di vita della missione stessa.