Sviluppo di un digital twin per lo studio di operazioni di prossimità tra satelliti: implementazione del modello del meccanismo di docking = Development of a digital twin for satellite proximity operations: implementation of the docking mechanism model

Il progetto MUSAPOEM — acronimo di Multi-Satellite Proximity Operations for Rendezvous and Docking Missions in Earth and Moon Orbits — punta alla realizzazione di un digital twin per lo sviluppo di modelli e algoritmi avanzati per la guida, navigazione e controllo (GNC) di sistemi multi-satellite, con applicazioni che spaziano dal ritorno di campioni lunari e l’assemblaggio in orbita al servizio e manutenzione dei satelliti. Un obiettivo fondamentale del progetto è consentire test hardware-in-the-loop dei sistemi GNC, garantendo l’affidabilità delle operazioni di prossimità e docking tra moduli orbitanti. In questo contesto assume rilevanza lo sviluppo dei digital twin dei meccanismi per l’interazione tra i satelliti coinvolti, in particolare bracci robotici e meccanismi di docking. Nella tesi è stato realizzato un modello Multibody di un meccanismo di docking, con lo scopo di integrarlo all’interno del modello del sistema complessivo. Tra le diverse soluzioni disponibili, è stato considerato il meccanismo di docking già studiato e validato nel progetto SAPERE STRONG. Questo sistema appartiene alla tipologia probe-drogue, dove il satellite chaser, equipaggiato con la sonda (probe), si aggancia al satellite target dotato del cono (drogue). Il modello multibody ad alta fedeltà è stato implementato in Simscape e integrato con Matlab per includere la dinamica degli attuatori e le logiche di controllo. Particolare attenzione è stata dedicata alla modellazione dei numerosi contatti generati dalla geometria complessa e dal tipo di accoppiamento tra chaser e target, caratteristici della fase di soft capture. Il digital twin così sviluppato consente di simulare con accuratezza la dinamica del docking e di validare le strategie di controllo, fornendo uno strumento efficace per la progettazione, la verifica e l’ottimizzazione dei sistemi di accoppiamento satellitare. I risultati ottenuti contribuiscono allo sviluppo di metodologie di simulazione ad alta fedeltà a supporto delle future missioni di servicing orbitale.