Redesign of the ANDES spectrograph at system level using the AstroMBSE methodology

In the last years, the Italian astronomical community led by the Istituto Nazionale di Astrofisica, INAF, has focused on the development of instruments for the world’s most advanced telescopes such as the Very Large Telescope (VLT) and the Extremely Large Telescope (ELT). These instruments and telescopes present complex technical challenges that involve multiple technical disciplines and a even larger quantity of peoples from different countries. The system engineering tasks related to the management of these projects are very challenging and are encountering limits from the traditional document-based approach used until now. To solve this problem INAF choose the MBSE approach to break the limits given by the traditional methods. INAF developed a new Model Based Systems Engineering methodology MBSE, starting from the ESA MBSE one, tailored for the development of telescopes instruments, the AstroMBSE profile. This thesis presents a case study using the ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph (ANDES) instrument project, currently in Phase B. The initial step of the work was to redesign at high level the instrument, adopting only the AstroMBSE methodology. Then in the second part, the two resulting designs are then compared to evaluate the benefits and limitations of the new methodology. The results aim to demonstrate whether AstroMBSE can enhance design clarity, improve traceability and collaboration between users operating in the project.

Negli ultimi anni, la comunità astronomica italiana guidata dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) si è concentrata sullo sviluppo di strumenti per i telescopi più avanzati al mondo, come il Very Large Telescope (VLT) e l’Extremely Large Telescope (ELT). Questi nuovi strumenti e telescopi presentano sfide tecniche complesse che coinvolgono molteplici discipline e un numero ancora maggiore di persone provenienti da diversi paesi. Le attività di ingegneria dei sistemi legati alla gestione di questi progetti risultano quindi estremamente impegnativi e stanno raggiungendo i limiti dell’approccio tradizionale basato su l'utilizzo di documenti, adottato fino ad ora. Per superare questo problema, INAF ha scelto di adottare l’approccio MBSE (Model Based Systems Engineering) per superare i limiti imposti dai metodi tradizionali. INAF ha sviluppato una nuova metodologia di Model Based Systems Engineering (MBSE), partendo da quella dell’ESA, adattata allo sviluppo di strumenti per telescopi: il profilo AstroMBSE. Questa tesi presenta un caso studio basato sul progetto dello strumento ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph (ANDES), attualmente in Fase B. Il primo passo del lavoro è stato quello di ridisegnare ad alto livello lo strumento, adottando esclusivamente la metodologia AstroMBSE. Successivamente, nella seconda parte, i due progetti risultanti sono stati confrontati per valutare i benefici e le limitazioni della nuova metodologia. I risultati mirano a dimostrare se AstroMBSE possa migliorare la chiarezza del design, aumentare la tracciabilità e favorire la collaborazione tra gli utenti coinvolti nel progetto.