Design and Development of the Electronics for Solar Trajectory Simulator

Nel contesto del mio progetto di fine studi nella specializzazione Nanotech presso Grenoble-INP Phelma, ho svolto un tirocinio di sei mesi presso ClearSpace, un’azienda svizzera del settore aerospaziale. Questa startup collabora con l'Agenzia Spaziale Europea (ESA) su missioni volte a sviluppare un'industria spaziale più sostenibile. Tali missioni riguardano la deorbitazione dei detriti in orbita bassa (satelliti dismessi, frammenti, componenti), che rappresentano un pericolo per le missioni spaziali attuali e future. Infatti, questi detriti, che possono orbitare a velocità dell’ordine di chilometri al secondo, possono danneggiare gravemente le infrastrutture esistenti e complicare il lancio di nuovi dispositivi. Durante il mio tirocinio, sono stato responsabile dello sviluppo dell’elettronica e del software di un simulatore di traiettoria solare. Questo progetto fa parte dello sviluppo da parte di ClearSpace del sistema GNC (Guidance, Navigation and Control), destinato a guidare il satellite di cattura durante la fase di avvicinamento. Il sistema GNC è composto da strumenti di misura e riconoscimento visivo per determinare la traiettoria da seguire verso l’obiettivo, e da un sistema di cattura dotato di pinze robotiche per afferrare e immobilizzare il bersaglio. L’obiettivo del simulatore solare è ricreare sulla Terra le complesse condizioni di illuminazione dello spazio, all’interno di una sala sperimentale chiamata “DarkRoom”, una stanza completamente oscurata in cui due bracci robotici si fronteggiano e riproducono scenari di avvicinamento tra satellite e bersaglio. Il simulatore illumina il bersaglio in modo che i sensori montati sul braccio “satellitare” possano effettuare misurazioni realistiche per il sistema di guida. Il mio ruolo è stato quello di sviluppare l’elettronica per l’alimentazione e il controllo dei motori che muovono il LED che simula il Sole. Il robot disponeva di quattro assi, ciascuno con un motore passo-passo. Il controllo è stato realizzato mediante una scheda Raspberry Pi e un modulo PTHat per la generazione dei segnali di comando. Il sistema riceve in input un file JSON contenente i dati della traiettoria e li traduce in comandi motore. Lo sviluppo elettronico ha compreso la progettazione degli schemi (convertitori DC-DC, condizionamento del segnale, circuiti di controllo LED), il layout dei circuiti con KiCAD, la selezione dei componenti, l’ordine dei PCB, l’assemblaggio (saldatura, cablaggio, integrazione nella struttura meccanica) e la programmazione della Raspberry. Dal punto di vista software, ho sviluppato un programma per la calibrazione di ciascun asse (ovvero la determinazione dei parametri necessari per tradurre un movimento angolare in un comando interpretabile dai motori), uno per l’inizializzazione della posizione e uno per eseguire movimenti da un punto A a un punto B. L’esecuzione dei programmi avviene tramite connessione SSH tra un computer e la Raspberry. Questo progetto mi ha permesso di sviluppare significativamente le mie competenze nella realizzazione di sistemi elettronici, potendo seguire l’intero processo dallo sviluppo all’integrazione. Alla fine del mio tirocinio, considero il lavoro svolto una solida base per le future sperimentazioni nella DarkRoom. La soluzione sviluppata è perfettamente funzionante e consente movimenti lineari semplici, ma già sufficienti per posizionare la fonte luminosa in orbite precise, rendendo possibili test realistici del sistema GNC.