Feasibility and optimisation study of small mission to a Near Earth Object

This thesis contains a feasibility study of small mission to Near Earth Object 1986DA, which is the only NEA confirmed to be metal-rich, regarding in particular the dynamics of said mission. First, an overview of the characteristics of the NEO is conducted; then an impulsive transfer maneuver is optimised. After that a series of Extended Kalman Filters, together with impulsive and Lyapunov controls, is designed to determine the asteroid actual position, velocity and gravitational parameter, in order to implement the last phase, which is a Lyapunov controlled maneuver to the final frozen stable orbit. The most peculiar part of the mission is that the a-priori uncertainties are very large, and the design is satisfyingly robust in dealing with them and estimating the gravitational parameter during the approach. The thesis contains a chapter that explores realistic performances by the sensors and propulsion systems and one concerning a possible actuation of the mission in the frame of ESA public calls.

In questa tesi è presente uno studio di fattibilità di una piccola missione all’asteroide Near Earth1986DA, che è l’unico NEA che è confermato essere ricco di materiale metallico, in particolare lo studio riguarda la dinamica della suddetta missione. Innanzitutto viene svolta una panoramica delle caratteristiche del NEO, riportando risultati presenti in letteratura; poi è ottimizzata una manovra di trasferimento impulsiva. In seguito vengono realizzati una serie di filtri di Kalman (EKF) e di controlli, impulsivi e di Lyapunov, per determinare la posizione dell’asteroide, la sua velocità e il suo parametro gravitazionale µ, affinchè si possa attuare l’ultima fase. Questa è una manovra con controllore di Lyapunov fino all’orbita finale che è un’orbita congelata, stabile, nel piano terminatore. La peculiarità della missione presentata nella tesi è che le incertezze a priori sono molto rilevanti, e la struttura dei controlli e dei filtri è robusta nel gestirle e nello stimare il parametro gravitazionale durante la fase di avvicinamento. Vengono inoltre esaminate performance realistiche ottenibili dai sensori e dai sistemi propulsivi, mentre un capitolo è dedicato a verificare l’attuabilità della missione nell’ambito dei bandi pubblicati dall’ESA.