Trajectory optimization for space debris removal

L’ambiente che ci circonda è da sempre fonte di curiosità: l’uomo ricerca una forma di conoscenza globale, capace di rispondere a dubbi e domande che può porsi per spiegare i vari fenomeni fisici. Ad esempio, osservando il cielo, si è riusciti a misurare lo scorrere del tempo. La volontà di andare a toccare con mano quanto ipotizzato ha dato una spinta decisiva all’era spaziale. Tuttavia, ciò non ha comportato soltanto dei vantaggi, ma ha causato il rilascio di oggetti e inquinanti nell’atmosfera. Oggi, si è giunti a un punto in cui non è più possibile far finta di nulla, ma è necessario un intervento attivo che vada ad arginare, ed eventualmente risolvere, il problema. Le collisioni accidentali, purtroppo, non fanno altro che aumentare la presenza di detriti nello spazio: si tratta del fenomeno noto come sindrome di Kessler. Ogni volta che avviene uno scontro tra due oggetti, poiché si viaggia a velocità dell’ordine dei km/s, è un po’ come se esplodesse una bomba che genera migliaia di frammenti, i quali si comportano come proiettili andando alla deriva pronti a scontrarsi con altri oggetti amplificando il problema. In questo contesto, l'obiettivo di questa ricerca è quello di sviluppare uno strumento che utilizzi l’ottimizzazione indiretta per identificare traiettorie efficienti che permettano di minimizzare il consumo di carburante di un satellite equipaggiato con motori elettrici destinato alla ‘raccolta’ di detriti spaziali o al raggiungimento di altri satelliti per una manutenzione in orbita. La traiettoria desiderata viene calcolata utilizzando un metodo a single shooting che si basa sul principio del minimo di Pontryagin (PmP). In questo modo, si riesce a limitare l’uso del propellente e il motore ha un funzionamento più efficiente grazie a una switching function autonoma basata sul controllo bang-bang per regolare la spinta senza aver precedentemente specificato gli archi di spinta e di coasting.