Manovre di aerobraking per missioni a Marte

This work analyzes the technique of aerobraking, an orbital maneuver that exploits atmospheric drag to reduce the apoapsis of an elliptical orbit, thereby decreasing propellant consumption and overall mission costs. After describing the theoretical principles and operational strategies, the thesis delves into the design criteria for spacecraft, comparing different structural configurations and discussing the advantages and critical issues of each. Particular attention is dedicated to the study of the Mars Express mission, which employed aerobraking in a demonstrative mode to collect data on the Martian atmosphere and validate thermal and dynamic models. The simulation performed using the GMAT software made it possible to reconstruct and verify the orbital profile, confirming the effectiveness of the maneuver. The results highlight how, despite requiring precise attitude control and careful management of risks related to atmospheric variability, aerobraking represents a highly sustainable and strategic solution for future interplanetary missions, supporting the reduction of energy constraints and the optimization of resources.

Questo scritto analizza la tecnica dell’aerobraking, una manovra orbitale che sfrutta il drag atmosferico per ridurre l’apocentro di un’orbita ellittica, riducendo il consumo di propellente e i costi di missione. Dopo una descrizione dei principi teorici e delle strategie operative, il lavoro approfondisce i criteri di design dei veicoli spaziali, confrontando diverse configurazioni strutturali e discutendo vantaggi e criticità di ognuna. Particolare attenzione è rivolta allo studio della missione Mars Express, che ha impiegato l’aerobraking in modalità dimostrativa per raccogliere dati sull’atmosfera marziana e validare modelli termici e dinamici. La simulazione realizzata tramite il software GMAT ha permesso di ricostruire e verificare il profilo orbitale, confermando l’efficacia della manovra. I risultati evidenziano come, pur richiedendo un controllo d’assetto accurato e una gestione attenta dei rischi legati alla variabilità atmosferica, l’aerobraking rappresenti una soluzione altamente sostenibile e strategica per future missioni interplanetarie, favorendo la riduzione dei vincoli energetici e l’ottimizzazione delle risorse.