Dynamical Modeling and Analysis of Venus Aerobot Tethered System

Venere, pianeta considerato il "gemello" della Terra, costituisce un laboratorio naturale unico per lo studio dei processi planetari e climatici. Sebbene condivida molte caratteristiche con la Terra, come le dimensioni e la composizione chimica dell'atmosfera, un effetto serra fuori controllo lo ha reso il pianeta più caldo del sistema solare. A causa della sua corrosività, delle alte temperature e delle pressioni, l'atmosfera di Venere rappresenta un ambiente estremo e impegnativo per l'esplorazione scientifica. Tuttavia, esiste una zona tra i 52 e i 60 km di altitudine, con parametri atmosferici simili a quelli della Terra. I palloni aerostatici rappresentano l'opzione migliore per le missioni di esplorazione di Venere: grazie alla loro elevata stabilità verticale, possono mantenere passivamente la quota necessaria per la sopravvivenza del sistema. Per questo motivo, il NASA Jet Propulsion Laboratory sta studiando una missione che impieghi un "aerobot": un pallone aerostatico in grado di navigare autonomamente nell'atmosfera di Venere, effettuare misurazioni e raccogliere campioni. Questa tesi mira a sviluppare un simulatore di volo ad alta fedeltà per comprendere la dinamica di diverse architetture di aerobot nell'ambiente venusiano. Tale simulatore adotta due approcci di modellazione dinamica: Lumped-mass e Decoupled Natural Orthogonal Complement (DeNOC). Le validazioni attraverso documenti di riferimento e le validazioni incrociate tra i due approcci di modellazione hanno corroborato i risultati ottenuti attraverso il simulatore. Inoltre, è stato implementato un modello di vento stocastico, poiché non erano disponibili informazioni sulla struttura delle raffiche orizzontali. Tra le principali architetture studiate, la configurazione di sistema trainante è centrale nel lavoro di tesi. Questa architettura, caratterizzata da un cavo significativamente più lungo, consente di raccogliere dati a una quota inferiore e sfrutta le diverse condizioni a cui sono sottoposti pallone e corpo trainato per sviluppare metodi alternativi per il controllo laterale del sistema. Un elemento inseguitore è stato implementato nel simulatore per eseguire uno studio di fattibilità del tracciamento del corpo trainato. Questo elemento, nel nostro caso un drone, aumenterebbe lo spettro di altitudini a cui è possibile raccogliere dati o campioni e, di conseguenza, il potenziale della missione.