Solar Electric Propulsion Transfers Optimization: Application to The Comet Interceptor Mission Transfer

I benefici che la propulsione elettrica solare porta alle missioni interplanetarie sono stati stabiliti da missioni quali Deep Space 1 e Hayabusa tanto che ad oggi questa tecnologia è spesso presa in considerazione durante le prime fasi di design di una missione. In questo lavoro si indaga la necessità di confrontare diverse opzioni tecnologiche al livello di Preliminary Mission Design attraverso lo sviluppo di un software per l'ottimizzazione di traiettorie capace di compiere studi di trade-off a livello di sistema. Il problema dell'ottimizzazione di traiettorie a bassa spinta viene formulato come Problema di Controllo Ottimale e risolto tramite la traduzione in un problema di Programmazione Non Lineare. L'applicazione richiede un un input minimale da parte dell'utente per quanto riguarda le caratteristiche della missione e usa un modello approssimato di traiettoria per generare stime iniziali per le variabili del Problema di Controllo Ottimale. Il software viene utilizzato per il design della traiettoria preliminare della missione Comet Interceptor. Il trasferimento supportato da energia solare verso una cometa di riserva e opzioni alternative al sistema di propulsione elettrica di riferimento sono studiati grazie alle capacità di base del programma. Il software è poi ampliato in modo da poter trattare le caratteristiche uniche del design preliminare della traiettoria della missione Comet Interceptor: fino a quando il veicolo spaziale non sia stato lanciato, non sarà possibile sapere quale sia di preciso la cometa bersaglio principale. I possibili luoghi di incontro vengono parametrizzati in modo da essere mappati a seconda del Delta V richiesto dalla Propulsione Elettrica Solare. I risultati sono poi confrontati con dati disponibili dalle prestazioni del sistema di riferimento a Propulsione Chimica, stabilendo la superiorità del sistema a Propulsione Elettrica Solare nel massimizzare sia la massa del payload che la distanza delle posizioni raggiungibili.