RAMSES CubeSat-1 mission to apophis during its earth encounter: strategies to maximize the coverage

The 2029 Apophis-Earth close encounter represents a unique phenomenon. The asteroid is expected to undergo changes within a few hours around the flyby, with possible consequences including spin state disturbances and resurfacing mechanisms that could expose underlying primordial matter, giving insights into the early Solar System formation. By considering RAMSES RCS-1 CubeSat as a baseline, this thesis aims to identify trajectories that maximize the observational coverage of Apophis across its close encounter (CE), thereby ensuring robust scientific return despite uncertainties in the location of surface changes, while simultaneously satisfying operational constraints. Eight-day numerical simulations, centered on the CE, account for Apophis' spin state evolution during the flyby and eclipse conditions. Two approaches are investigated: the waypoint and hovering strategies, with the latter analyzed along two different fixed radial directions from Apophis. The hovering approach in the Apophis-Sun orbit-fixed frame yields the best results, offering robust configurations even when maneuver perturbations are introduced: multiple solutions achieve full observational coverage of the asteroid, with a ground sampling distance of 30° for most of the surface and a solar phase angle close to the nominal value of 50°. Furthermore, one solution maintains a minimum time interval of 4 hours between consecutive maneuvers, ensuring sufficient time for communication windows and trajectory updates.

L'incontro ravvicinato tra Apophis e la Terra del 2029 rappresenta un fenomeno unico. Si prevede che l'asteroide subisca cambiamenti entro poche ore dal sorvolo, con possibili effetti sul suo stato di rotazione ed eventuali meccanismi di rinnovamento della superficie, i quali potrebbero esporre materiale primordiale sottostante, fornendo informazioni sulla formazione del Sistema Solare. Considerando il CubeSat RAMSES RCS-1 come riferimento, questa tesi si propone di identificare traiettorie che massimizzino la copertura osservativa di Apophis durante il suo incontro ravvicinato (CE), assicurando un significativo ritorno scientifico indipendentemente dalla localizzazione dei cambiamenti superficiali, soddisfacendo al contempo vincoli operativi. Simulazioni numeriche di otto giorni, centrate sul CE, tengono conto dell'evoluzione dello stato di rotazione di Apophis durante il flyby e degli eventi di eclissi. Si analizzano due approcci: le strategie waypoint e di hovering, con quest'ultima esaminata lungo due diverse direzioni radiali fisse rispetto ad Apophis. La strategia di hovering nel frame orbitale Apophis-Sole fornisce i risultati migliori, offrendo configurazioni robuste anche in presenza di perturbazioni sulle manovre: molteplici soluzioni garantiscono una copertura osservativa completa dell'asteroide, con una risoluzione pari a circa 30° per la maggior parte della superficie e un angolo di fase solare prossimo al valore nominale di 50°. Inoltre, si ottiene una soluzione con intervalli minimi di 4 ore tra manovre consecutive, garantendo tempo sufficiente per le finestre di comunicazione e gli aggiornamenti di traiettoria.