Analisi di temperature interne e punti di monitoraggio di temperatura in moduli abitativi pressurizzati per missioni verso Marte

Thermal management is crucial in the design of pressurized habitation modules in tended for Mars missions. This thesis systematically analyzes the internal thermal dynamics of a Habitation and Mobility Module (HAM), aiming to define operational temperatures and optimal monitoring points. A detailed thermal model was devel oped, simulated in MATLAB, and validated with Systema, accounting for internal heat sources (crew, electronics, ECLSS) and external thermal loads in different or bital phases (from LEO to Mars). A thermal resistance model is defined to evaluate temperatures in the absence of active control, and materials and passive strategies are optimized. The thesis introduces and evaluates an Active Thermal Control Sys tem (ATCS) with PID controllers and a heat pump, also analyzing resilience in case of failures. The results highlight the critical need for robust and redundant thermal management solutions essential to ensure crew safety, comfort, and the success of future human missions to Mars.

La gestione termica è fondamentale nella progettazione di moduli abitativi pressurizzati destinati alle missioni su Marte. Questa tesi analizza sistematicamente la dinamica termica interna di un Modulo di Abitazione e Mobilità (HAM), con l'obiettivo di definire le temperature operative e i punti di monitoraggio ottimali. È stato sviluppato un modello termico dettagliato, simulato in MATLAB e validato con Systema, tenendo conto delle fonti di calore interne (equipaggio, elettronica, ECLSS) e dei carichi termici esterni in diverse fasi (dalla LEO a Marte). Viene definito inoltre un modello di resistenza termica per valutare le temperature in assenza di controllo attivo e vengono ottimizzati materiali e strategie passive. La tesi introduce e valuta un Sistema di Controllo Termico Attivo (ATCS) con controllori PID e una pompa di calore, analizzandone anche la resilienza in caso di guasti. I risultati evidenziano la necessità critica di soluzioni di gestione termica robuste e ridondanti, essenziali per garantire la sicurezza dell'equipaggio, il comfort e il successo delle future missioni umane su Marte.