Scheda programma d'esame
SPACEFLIGHT MECHANICS
GIOVANNI MENGALI
Anno accademico2018/19
CdSINGEGNERIA AEROSPAZIALE
Codice510II
CFU12
PeriodoAnnuale
LinguaInglese

ModuliSettoreTipoOreDocente/i
SPACEFLIGHT MECHANICSING-IND/03LEZIONI120
GIOVANNI MENGALI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Lo studente che completa con successo il corso avrà acquisito solide conoscenze relative ai fenomeni fisici ed ai modelli matematici che descrivono il comportamento dinamico di un veicolo spaziale. Lo studente verrà a conoscenza delle moderne metodologie di progetto e dei metodi numerici di simulazione, sia da un punto di vista teorico che pratico, necessarie per effettuare un’analisi di missione in termini di meccanica orbitale e di dinamica e controllo di assetto.

Knowledge

The student who successfully completes the course will be able to demonstrate a solid knowledge of the main issues related to the knowledge of physical phenomena and analytical procedures required to understand and predict the behavior of orbiting spacecraft. He or she will be aware of the modern methodologies and suitable application tools, both from a theoretical and a practical viewpoint, required to tackle a mission analysis in terms of orbital mechanics and attitude control.

Modalità di verifica delle conoscenze

Lo studente deve dimostrare la capacità di mettere in pratica, con efficacia e spirito critico, le conoscenze acquisite durante il corso sotto la guida del docente.

Metodologie:

  • Due prove in itinere il cui superamento equivale al superamento di una prova scritta
  • Esame scritto in alternativa alle prove in itinere
  • Esame finale orale
Assessment criteria of knowledge

The student must demonstrate the ability to put into practice and to execute, with critical awareness, the activities illustrated or carried out under the guidance of the teacher during the course.

Methods:

  • Two midterm exams
  • Final written exam (for students who missed or failed the midterm exams)
  • Final oral exam
Capacità

Al termine del corso lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite alla risoluzione di un tipico problema di meccanica del volo spaziale e di illustrare i principali modelli matematici e le ipotesi semplificative necessarie alla risoluzione del problema.

Skills

At the end of the course, the student will be able to apply his/her knowledge to the solution of a typical problem of spaceflight mechanics and to discuss the fundamental mathematical models and the simplifying assumptions necessary to solve that problem.

Modalità di verifica delle capacità

Lo studente dovrà dimostrare le proprie capacità attraverso la risoluzione scritta di uno o più problemi. Attraverso una discussione orale di fronte al docente lo studente dovrà inoltre dimostrare di saper esporre, con adeguato uso di linguaggio tecnico, i modelli matematici e le metodologie di progetto discussi durante il corso.

Assessment criteria of skills

The student must assess his/her skills by solving one or more written problems. The student must also be able to verbally explain, with suitable technical language, the fundamental mathematical models and project methods studied in the course.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Fisica Generale, Analisi Matematica con particolare riferimento alle equazioni differenziali, comportamento dinamico dei sistemi con particolare riferimento ai sistemi lineari, trasformate di Laplace.

Prerequisites

General Physics, Mathematical analysis with special reference to ordinary differential equations, system analysis, with particular reference to linear systems, Laplace transforms.

Indicazioni metodologiche

Lezioni frontali

Attività di apprendimento:

  • Partecipazione alle lezioni
  • Svolgimento di esercizi in preparazione alla prova scritta
  • Studio individuale

Metodi di insegnamento:

  • Lezioni effettuate alla lavagna o con l’ausilio del proiettore
  • Esercitazioni alla lavagna con lo svolgimento di problemi simili ai quesiti di esame
  • Utilizzo del sito web (http://elearn.ing.unipi.it/) per fornire material didattico aggiuntivo e per comunicare con gli studenti
  • Uso della lingua Inglese per l’insegnamento del corso
  • Uso di prove 2 prove scritte in itinere
Teaching methods

Delivery: face to face

Learning activities:

  • attending lectures
  • preparation to deal with written exercises
  • individual study

Attendance: Advised

Teaching methods:

  • Lectures (using blackboard or slides)
  • Practical lectures with examples of problem solutions
  • Use of elearning site (http://elearn.ing.unipi.it/) for additional teaching aids and communications to students
  • Use of English language for the course
  • Use of two midterm written exams
Programma (contenuti dell'insegnamento)

Il corso comprende una dettagliata introduzione alla meccanica orbitale nonché alla dinamica e controllo di assetto dei veicoli spaziali. La meccanica orbitale riguarda le orbite Kepleriane, i trasferimenti orbitali con manovre impulsive e mediante l’uso di sistemi propulsivi di bassa spinta, lo studio delle principali cause di perturbazione orbitale ed un’analisi di missione e trasferimento interplanetario con il metodo delle coniche raccordate. La dinamica del volo spaziale comprende lo studio del moto di assetto di un veicolo spaziale, la stabilizzazione dei satelliti mediante gradiente di gravità, la dinamica del volo di satelliti con ruote di momento angolare e lo studio dei principali sistemi di controllo di assetto.

Syllabus

The course comprises a detailed introduction to both orbital mechanics and spacecraft dynamics and control. The orbital mechanics includes the Keplerian orbits, the problem of orbital transfers with impulsive maneuvers and low thrust transfers, the orbital perturbations, and an analysis of interplanetary trajectories using the method of patched conics. The spacecraft dynamics includes the attitude motion of spacecraft, the gravity gradient stabilization with passive damping, the spacecraft dynamics with momentum wheels and the attitude control systems.

Bibliografia e materiale didattico

Il libro di testo ufficiale del corso è

  • Mengali G., Quarta A. “Fondamenti di Meccanica del Volo Spaziale”, Pisa University Press, 2013.

Per studenti non italiani il libro di testo raccomandato è

  • Curtis H. “Orbital Mechanics for Engineering Students”, Elsevier, 2014.

Il materiale didattico a disposizione degli studenti comprende una raccolta degli esercizi svolti durante le esercitazioni con soluzioni e commenti

Bibliography

The official textbook (in italian) is

  • Mengali G., Quarta A. “Fondamenti di Meccanica del Volo Spaziale”, Pisa University Press, 2013.

The recommended textbook for foreign students is

  • Curtis H. “Orbital Mechanics for Engineering Students”, Elsevier, 2014.

A full collection of all exercises (with solutions and comments) discussed during the practical lectures is also available for students.

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Modalità d'esame

L'esame è composto da una prova scritta ed una prova orale. La prova scritta può essere sostituita da due prove scritte in itinere effettuate durante l’anno.

La prova scritta consiste in due problemi da risolvere, il primo relativo alla parte di meccanica orbitale ed il secondo relativo alla dinamica e controllo di assetto. Ciascun problema può essere suddiviso in due o tre domande. La durata della prova scritta è di due ore ed è valida solo per l’appello di esame in cui viene effettuata. Il superamento della prova scritta implica il corretto svolgimento di almeno metà di ciascuno dei due problemi. La prova orale consiste in un colloquio tra il candidato ed i membri della commissione di esame. Durante il colloquio vengono chiesti due o tre argomenti discussi a lezione. Il candidato deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza non meramente mnemonica degli argomenti e di conoscere i limiti di validità dei modelli/metodi utilizzati e le relative ipotesi semplificative adottate. Lo studente deve inoltre dimostrare una buona capacità di argomentazione utilizzando una corretta terminologia tecnica.

Assessment methods

The exam comprises both a written proof and an oral exam. The written proof can be substituted by two midterm proofs that are made during the course.

The written exam consists of two problems, the first one is about orbital mechanics, while the second one is about spacecraft dynamics and attitude control. Each problem may be divided into two or three questions. The written exam lasts two hours and its validity is confined to the current exam session. The written exam is passed if at least one-half of each problem is correctly solved. The oral exam consists of an interview with the exam committee. The interview involves two or three subjects that have been treated during the lectures. The student must prove his/her study skills and know the limits of the mathematical models/methods as well as the corresponding simplifying assumptions adopted. The student must answer to the questions using a correct technical terminology.

Ultimo aggiornamento 03/10/2018 13:23