Caratterizzazione aerotermodinamica di un veicolo a geometria biconica per il rientro dall'orbita bassa terrestre = Aerothermodynamic characterization of a biconic aeroshape for re-entry mission from LEO

La presente Tesi si pone come obiettivo la caratterizzazione aerotermodinamica di una geometria biconica per una capsula da rientro atmosferico, candidata per la missione ESA Low Earth Orbit Cargo Return Service (LEO CRS), con lancio previsto nel 2028. Il progetto prevede il rientro sicuro di un carico dalla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) alla Terra. La caratterizzazione è stata eseguita attraverso un approccio integrato che ha coinvolto diversi strumenti software: Rhinoceros per la modellazione CAD, GridPro per la generazione di griglie strutturate a blocchi, Metacomp CFD++ per simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD), SPARTA per simulazioni DSMC in regime di flusso rarefatto e CoRADS per simulazioni in free molecular flow ed in newtoniano. Le condizioni di volo sono state derivate da missioni di rientro preesistenti, e i risultati sono stati analizzati con Tecplot, Python, Matlab e Microsoft Excel. Le simulazioni sono state condotte in un ampio intervallo di numeri di Mach, dal regime transonico a quello ipersonico e rarefatto, per vari angoli di incidenza nell'intorno dell'angolo di trim naturale della capsula. I risultati includono distribuzioni di velocità, temperatura, pressione e concentrazione delle specie chimiche, insieme ai coefficienti aerodinamici, ai flussi termici sulla superficie della capsula e agli studi di stabilità dinamica nel transonico. La geometria analizzata si è dimostrata stabile e trimmabile, con una distribuzione efficace dei flussi termici anche nelle condizioni più critiche. La geometria biconica risulta un'ottima candidata per la missione. Gli sviluppi futuri includeranno l'ottimizzazione della traiettoria e la determinazione della posizione ottimale del baricentro.