Presentazione di PowerPoint - oberon.roma1.infn.itoberon.roma1.infn.it/lezioni/metodiastrofisicaspaziale/2014/... · avere una durata che va da 3 a 15 anni. M.C Falvella, Agenzia

M.C Falvella, Agenzia Spaziale Italiana - Corso di Metodi per l'Astrofisica Spaziale A.A. 2014/2015

Il ciclo di vita di un progetto per osservazioni dallo spazio


L’ATTIVITA’ SPAZIALE IN ITALIA

• 1957 – parte l’era delle missioni spaziali con lo Sputnik

• 1964 - l’Italia è il terzo Paese, dopo la Russia e gli USA, a mettere

in orbita un satellite

• 1967- comincia l’attività Base San Marco a Malindi

• 1988- si costituisce l’Agenzia Spaziale Italiana

• 1996 – Beppo-SAX e il Premio Bruno Rossi

• 2001- l’Italia comincia a contribuire a ISS ( 3 MPLM e Nodo 2), ad

oggi il circa il 70% è stato costruito in Italia

• 2007 AGILE

• 2008 FERMI e ROSETTA

• 2009 PLANCK e HERSCHEL

• 2011 AMS a bordo della ISS

• 2012 lancio del vettore VEGA e del satellite LARES

• 2013 GAIA


I progetti dedicati all’osservazione dallo spazio sono quelli che prevedono osservazioni fuori dall’atmosfera terrestre (da circa 4mbar ). Essi si dividono in: -progetti su pallone stratosferico -progetti su razzo -progetti su satellite -progetti su piattaforma spaziale (p.es. Stazione Spaziale) A seconda della sua complessità, un progetto spaziale può avere una durata che va da 3 a 15 anni.


Ogni progetto, indipendentemente dalla sua complessità e dalla sua durata, viene sviluppato in una serie di fasi che ne definiscono i requisiti, le caratteristiche, le prestazioni, i costi ed i rischi. Le fasi di un progetto rappresentano i passi necessari per l’ ideazione, la progettazione, la realizzazione e l’ esecuzione del progetto stesso e coprono tutto l’arco della sua esistenza. La suddivisione in fasi segue standard internazionali.


Le fasi di sviluppo di un progetto sono:

-la fase A: lo studio di fattibilità

-la fase B: il design ingegneristico

-la fase C: lo sviluppo e la qualifica

-la fase D: la realizzazione del modello di volo

-la fase E : la vita operativa

-la fase F: la dismissione


La fase A (1/2) – STUDIO DI FATTIBILITA’

Lo studio di fattibilità verifica la possibilità di realizzare una missione attraverso: - l’individuazione degli obiettivi che caratterizzano la missione stessa - la quantificazione dell’utenza interessata - la ricognizione della tecnologia esistente a supporto della missione - la caratterizzazione delle necessità della missione sia in termini di nuovi sviluppi tecnologici che di requisiti


•

La fase A (2/2)

- la definizione dei requisiti di tipo: - funzionale, che definiscono il livello di performance del sistema (precisione di puntamento, sensibilità payload, regione da osservare, ecc.) - operativo, che definiscono il livello di operatività del sistema e la sua capacità di interfacciare l’utenza (durata della missione, orbita, download dei dati, controllo da terra, ecc.) - limitativo (costi, finestra di lancio, rischi, ecc.) - la definizione dei “budgets” di missione, cioè dei margini economici e tecnici nell’ambito dei quali operare


Lo studio di fase A si conclude con una System Concept Review e un Mission Requirement

Document che: 1. Presenta una baseline di missione

2. Definisce l’architettura del progetto

3. Identifica i drivers di missione

4. Identifica le criticità/i rischi del progetto

5. Stima i tempi ed i costi di realizzazione


La fase B (1/2) – LA DEFINIZIONE DELLE SPECIFICHE DI PROGETTO

Il design ingegneristico porta alla definizione dei dettagli del progetto in termini di: - meccanica: i/f fisici dei sottosistemi (posizione, accesso, clearance, peso) - alimentazione elettrica: potenza elettrica disponibile, caratteristiche del segnale, compatibilità elettromagnetiche - stabilità termica: conduzione e capacità termiche, coeff. di emissività e assorbimento, dimensionamento di heaters e radiatori

-


La fase B (2/2) -caratterizzazione dei materiali e dei sensori da utilizzare -scelta della filosofia di test e di sviluppo - congelamento dei budget di sistema (elettrico, termico e di massa) -individuazione dei servizi da attivare e/o comprare ( per es. allocazione frequenze, accordi internazionali, lanciatore, stazioni di terra, ecc)


Filosofia di test e di sviluppo Per validare un modello di volo si costruiscono una serie di modelli rappresentativi delle caratteristiche di sottosistema: 1. Breadbord, modello di laboratorio in genere semplificato rappresentativo di uno o più sottosistemi o di una o più funzioni del sistema 2. Modello Strutturale, rappresentativo delle caratteristiche strutturali del sistema 3. Modello Elettrico, rappresentativo delle caratteristiche elettriche del sistema 4. Modello di Qualifica, gemello del modello di volo utilizzato per i test di qualifica .


Ogni filosofia di test e di sviluppo prevede l’utilizzo di tutti o parte i modelli elencati sulla base del tipo di missione e delle sue necessità. Non sempre infatti è necessario e/o opportuno costruire tutti i modelli (caso di modelli semplici o ricorrenti, di strutture note e collaudate, di qualifica per analisi, di forti limitazioni economiche e temporali). Quando il modello di qualifica e quello di volo coincidono con un unico modello si parla di Protoflight.


Lo studio di fase B si conclude con una Preliminary Design Review che: 1. Presenta una schedule di missione

2. Dettaglia l’architettura del progetto

3. Individua una filosofia di sviluppo

4. Produce un breadboard dei sottosistemi più

critici


La fase C (1/2)- LO SVILUPPO E LA QUALIFICA

Questa fase serve a validare il design attraverso lo sviluppo di un modello rappresentativo del modello di volo (modello di qualifica).

Il modello di qualifica viene sottoposto ad una serie di test per verificare la sua idoneità ad essere lanciato e a lavorare nello spazio. Esso viene stressato ai limiti

delle sue funzionalità nell’ottica di assicurare, per analogia al modello di volo, margini di operatività

ragionevolmente sicuri.


La fase C (2/2)

Un modello di qualifica testa: 1. Reazione all’accelerazione e vibrazione al lancio 2. Shock pirotecnico alla separazione 3. Free-fall (gestione dei liquidi in volo) 4. Comportamento in termo-vuoto (elettrico, termico,

outgassing) 5. Cicli termici (comportamento rispetto ai cicli giorno-

notte) 6. Compatibilità elettromagnetica (emissioni radiate e

condotte, scariche, transitori) 7. Proprietà di massa (peso, baricentro e momenti di

inerzia)


La fase C si conclude con una Critical Design Review che: 1. Valida il design attraverso il superamento di tutti i test di qualifica

2. Individua le criticità del sistema

3. Autorizza la costruzione del modello di volo


La fase D (1/2)- LA REALIZZAZIONE DEL FM

Durante questa fase si costruisce il modello di volo, gemello del modello di qualifica, e se ne verifica la funzionalità attraverso i test di accettazione.

I test di accettazione sono sostanzialmente identici a

quelli di qualifica con la differenza che la qualifica valida il design e quindi “stressa” il sistema per verificare i limiti delle prestazioni aspettate, l’accettazione si limita a verificare i range di performance operativi e quindi è più conservativa in termini di sollecitazioni.


La fase D (2/2)

La fase D si conclude con la Final Acceptance Review

che accetta formalmente il satellite e lo dichiara pronto per il lancio. A conclusione della fase D si autorizzano:

1. la spedizione del satellite/payload al sito di lancio 2. le operazioni al sito di lancio 3. il lancio


La fase E – LA VITA OPERATIVA

Questa fase è relativa alla vita operativa del progetto e viene gestita, sulla base del Mission Operation Plan, con una serie di System Production Review periodiche.

Il Mission Operation Plan: - descrive in termini operativi e di utenza gli attributi

del segmento di volo e di quello di terra - evidenzia le prestazioni e la loro tracciabilità - descrive le fasi della missione e i possibili scenari

operativi - organizza l’acquisizione, l’analisi, la registrazione e la distribuzione dei dati


La fase operativa di una missione prevede:

• il commissioning del satellite (validazione in volo)

• le attività nominali a regime (in parte periodiche)

• le operazioni di contingency e/o emergenza


La fase F (1/2) – LA CONCLUSIONE DELLA MISSIONE

Questa fase è relativa alla conclusione della missione (fase di Disposal) .

A conclusione della sua vita operativa: 1. il satellite deve essere posizionato in modo da

permettere o il rientro nell’atmosfera o l’allontanamento definitivo dalla Terra

2. il satellite ed i payload che ospita devono essere spenti per evitare bruschi sbalzi di tensione e/o cortocircuiti

3. il propellente residuo deve essere scaricato per evitare esplosioni (soprattutto se previsto il rientro)


La fase F (2/2)

La fase F deve essere pianificata sin dall’inizio ed

il satellite deve essere progettato/equipaggiato nell’ottica di evitare collisioni con altri elementi orbitali o esplosioni

Le strategie di fine missione sono di norma stabilite prima del lancio.


Le modalità di rientro nell’atmosfera terrestre sono regolate da norme internazionali e le operazioni di fine vita del satellite, nel caso di rientro, devono essere comunicate all’Autorità competente ed autorizzate in anticipo.


Le fasi di sviluppo di un progetto sono:

-la fase A: lo studio di fattibilità

-la fase B: il design ingegneristico

-la fase C: lo sviluppo e la qualifica

-la fase D: la realizzazione del modello di volo

-la fase E : la vita operativa

-la fase F: la dismissione


Analisi dei costi di una missione

A B C D E F fasi del progetto

Co

sti


Tools di gestione di un progetto (1/2) 1. System Specification : descrive il satellite ed i suoi payload e le

loro caratteristiche tecniche

2. Statment of work: dettaglia le attività da svolgere, gli input necessari al loro svolgimento, gli output aspettati, le responsabilità ad esse associate

3. Work Breakdown Structure: struttura le attività in sistemi, sottosistemi, unità

4. Project Schedule: individua il baseline planning, gli schedule major targets, i coordinamenti ed i link fra le varie attività


Tools di gestione di un progetto (2/2)

5. Manpower/Cost plan: individua il numero di risorse necessarie in termini di personale, facilities da utilizzare, viaggi, h/w procurement

6. Status monitoring & control: partendo dal planning verifica il

rispetto della schedule, individua le deviazioni e/o i cammini critici, introduce, ove necessario, delle misure correttive

7. Budgeting & Cost control: individua il piano delle risorse

economiche, fa il piano finanziario ed economico, gestisce le spese ed i pagamenti

8. Earned Value Analysis: valuta l’attività maturata sulla base della

pianificazione di baseline


Tecniche di riduzione costi (1/2) Le missioni si classificano in: • High performance - molto costose, per missioni di altissimo

livello o usi militari • Design to requirements – molto costose, usate solo per usi militari

• Serie – mediamente costose, con un costo che si ammortizza sul

numero dei ricorrenti

• Design to cost – con un tetto fisso di spesa

• Low cost – mini o nanosatelliti con componentistica commerciale (sempre più richieste)


Tecniche di riduzione costi (2/2) Per contenere i costi di una missione: 1. Individuare la classe di una missione 2. Verificare la necessità dei requisiti richiesti dall’utenza 3. Implementare i requisiti operativi e non le specifiche tecniche 4. Prevedere, ove possibile, un uso condiviso (collaborazioni) 5. Comprare servizi e non sistemi (facilities, lancio, comunicazioni) 6. Minimizzare la documentazione 7. Controllare la schedule individuando i major targets e legandoli a

incentivi economici 8. Utilizzare piccoli team 9. Congelare design il prima possibile

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