Sviluppo di un simulatore per due CubeSat 3U in fase di docking = Development of a docking phase simulator for two 3U CubeSats

La creazione di simulatori 3D, con lo scopo di generare una rappresentazione affidabile di ciò che avviene all'interno di un sistema, è ormai fondamentale in molteplici ambiti tecnologici. Uno tra questi è la riproduzione di delicate manovre di satelliti in orbita, con l'obiettivo di avere una prima effettiva ricostruzione di ciò che accadrebbe a centinaia di chilometri dalla superficie terrestre. Negli ultimi anni, la tecnologia ha permesso di utilizzare satelliti sempre più piccoli per effettuare operazioni di ricerca in orbita. Tra queste tecnologie si riconoscono i cosiddetti CubeSat, nanosatelliti composti da diverse Units(U) o Unità, ciascuna di dimensioni 10cm x 10cm x 10cm e di peso massimo di 1,33kg. Le dimensioni ridotte dei satelliti vanno chiaramente a creare una sfida per quanto riguarda la loro manovra. Un simulatore è diventato, di conseguenza, uno strumento indispensabile per la buona riuscita di una missione. L'obiettivo di questa tesi è quello di creare un simulatore, sul Game Engine di Unity, che possa inserire in un ambiente realistico e affidabile, una visualizzazione in tempo reale di una missione di docking (attracco) tra due CubeSat. Uno, chiamato Chaser, attrezzato di una telecamera monoculare, cerca di avvicinarsi a un altro, chiamato Target, fino ad attaccarsi, servendosi di un sistema di Visual Based Navigation (VBN). L'algoritmo è gestito da un software esterno (Simulink) che calcola le manovre di posizionamento e orientamento del Chaser, che dipendono dalla posizione, dal punto di vista della telecamera, di alcuni Diodi ad Emissione di Luce (LED) posti sul Target. È necessario, quindi, ricreare fedelmente i modelli 3D dei due nanosatelliti, basandosi su reference, ponendo particolare attenzione sulle facce di docking di entrambi. In seguito a questo, una connessione bidirezionale, che sfrutta lo User Datagram Protocol (UDP), viene creata tra le due applicazioni. Vengono catturati i dati dei LED del Target da Unity, i quali sono mandati al secondo software per permettergli di calcolare la manovra successiva da far effettuare al Chaser. Tutto questo, ovviamente, dopo aver studiato e convertito tutti i dati nei corretti sistemi di riferimento, che differiscono tra le due applicazioni. Inoltre, viene creato un sistema di telecamere, al fine di visualizzare i due satelliti all'interno di una rappresentazione dei corpi celesti (Terra e Sole) con grandezze e distanze in scala. Insieme alla creazione di shader realistici per i corpi celesti, viene studiato un Post Processing che vada a garantire una miglior resa estetica della simulazione. Infine, viene fatto un confronto tra la simulazione effettuata con il contributo di Unity, e quella esclusivamente generata su Simulink, andando ad analizzare eventuali differenze tra le due versioni.