Simulazione del dispiegamento di un modulo spaziale tramite meccanismi ad aste flessibili = Simulation of the deployment of a space module using flexible rod mechanisms

In questa opera di Tesi sono state effettuate le analisi preliminari per la creazione di un "Deployable Boom", un dispositivo utile in ambito spaziale. Grazie ad esso, infatti, è possibile trasportare da Terra strutture inizialmente appiattite e, una volta in orbita, dispiegarle nella loro lunghezza di lavoro. Questi dispositivi sono formati da strutture in parete sottile che, grazie alle loro proprietà di leggerezza e basso spessore, sono fondamentali in ambiti dove il peso e l’ingombro devono essere minimi. Le analisi numeriche nei capitoli successivi sono state effettuate mediate i software di calcolo Matlab e Simulink mentre le simulazioni dei modelli 3D mediante il software di simulazione multi-body Adams. Quest’ultimo è stato fondamentale per impostare la progettazione della struttura proposta e nel limitare il costo computazionale. Il lavoro di Tesi è sviluppato in 8 capitoli. Il Capitolo 1 è un’introduzione al concetto di serra idroponica. Questo tipo di tecnologia permette di coltivare specie vegetali in assenza di suolo consentendo di risparmiare fino all’80% di acqua, strategia chiave per la coltivazione in moduli spaziali. Nel Capitolo 2 è introdotto il software Adams, il suo metodo di lavoro e il suo funzionamento, cioè gli "integratori". Inoltre, sono introdotte le tipologie di analisi e di risultati. Il Capitolo 3 è una delle parti più importanti del lavoro. All’interno si presentano diverse tipologie di dispositivi dispiegabili e la meccanica del dispiegamento di un boom. Da un’analisi statica, nella quale si ricavano le relazioni geometriche, stress e tensioni, si passa ad una dinamica, dove sono analizzate le energie in gioco, tutto per mezzo del software di calcolo Matlab. Le caratteristiche particolari del boom proposto nel lavoro di Tesi sono analizzate nel Capitolo 4, dove si analizza di quanto la struttura particolare deve essere maggiore di quella standard per traslare la parete della serra e farle raggiungere la configurazione finale: 180 cm in 180 secondi. Si presenta inoltre il primo esempio del modello serra, attraverso delle molle torsionali nel software Adams. Nel capitolo 5 si presentano esempi di sistemi di controllo attraverso i quali controllare la velocità di dispiegamento del boom progettato. Sono introdotti i sistemi PID, più veloci e semplici, e controllori robusti, più difficili da gestire ma che possono prevedere e prevenire comportamenti non previsti del movimento del dispositivo. Il costo computazionale dei controllori è di particolare importanza, difatti nel Capitolo 6 si introduce la co-simulazione Adams-Simulink attraverso la quale si crea un controllore computazionalmente più semplice ma più preciso; i dati saranno condivisi dai due software. Si creeranno così i grafici finali dell’andamento del dispiegamento e velocità. Come detto precedentemente i deployable boom sono strutture in parete sottile. Due esempi sono analizzati nel Capitolo 7: Trac Boom e Tape Spring. In questo capitolo inoltre viene proposto, per entrambi i provini, un confronto momento - angolo di deformazione (M − θ) tra la simulazione in Adams e le analisi sperimentali e quelle introdotte con la CUF (Carrera Unified Formulation). Infine, nel Capitolo 8, si propone un possibile modo di operare per creare i deployable boom mediante Tape Spring. I risultati ottenuti sono spiegati nel Capitolo Conclusioni.