CRAS CENTRO RICERCA AEROSPAZIALE SAPIENZA “L’eredità del San Marco: Il contributo della...

CRAS CENTRO RICERCA AEROSPAZIALE SAPIENZA

“L’eredità del San Marco: Il contributo della Sapienza nei programmi di esplorazione spaziale e nello sviluppo di VEGA e dei Lanciatori Spaziali”

Marcello OnofriDirettore Centro Ricerca Aerospaziale Sapienza (CRAS)Roma, 15/12/2014

Il gruppo di docenti della Sapienza guidati da Luigi Broglio1964 – quando grazie a loro tutto iniziò….

L’eredità del Progetto San Marco

Negli anni 80’ si avvia il grande salto di maturità dell’Italia Spaziale. Il mondo non solo della ricerca ma anche dell’industria spaziale nazionale inizia uno sviluppo di azioni e programmi internazionali che moltiplicano la sua esistenza. Nel 1980 a fianco alla SIA nasce il corso di Laurea quinquinnale in Ingegneria Aerospaziale (oggi 1400 studenti + 3 Master).

Nel 1988 nasce l’ASI…

50 anni dal lancio del San Marco 1

La Sapienza è ancora tra i protagonisti non solo con la SIA guidata da Luigi Broglio, e poi da Ugo Ponzi, ma anche grazie all’importante contributo di Carlo Buongiorno, primo DG dell’ASI ed ideatore di alcuni dei maggiori programmi spaziali di quegli anni.

L’attività scientifica in Ateneo dal piccolo nucleo iniziale cresce integrandosi allo sviluppo della capacità industriale Italiana, anche grazie alla partecipazione ad alcuni Progetti internazionali di grande rilievo: la tecnologia SAR per EO, i Programmi Cassini, Mars Express, VEGA …

DICEMBRE 2014

Le Prospettive dopo la Ministeriale ESA 2014Dopo la conclusione della Ministeriale ESA 2014 si può guardare con più fiducia al futuro della filiera nazionale industria-ricerca, soprattutto in alcuni settori:

•EXOMARS e i Programmi di Esplorazione planetaria•LANCIATORI con lo sviluppo del motore a solido P120 per ARIANE 6 e per VEGA•SVILUPPO FUTURO di VEGA Evoluzione basato su upper stage a LOX Metano•Veicoli per il Rientro atmosferico, IXV e PRIDE•COPERNICUS e le applicazioni satellitari•Osservazione della Terra, sviluppo di tecnologia

SAR (CosmoSkyMed) e Ottica Multispettrale


Sapienza è preparata a supportare le attività industriali con la ricerca applicata e la formazione dei giovani ingegneri

DICEMBRE 2014

Un gran numero di ricercatori del CRAS-Sapienza sono i protagonisti in Programmi Spaziali Internazionali

E’ la storia di un’integrazione positiva università-industria

SAR radar development which supports the CosmoSkyMed Program, the most advanced international application of dual technology for earth observation programs, led by T. Bucciarelli and P.F. Lombardo

Mars Exploration, with the group created by G. Picardi and R. Seu, which first discovered trace of water under the Mars surface

Cassini and Titano missions with the group led by L. Iess

Astrophysics studies and Stratospheric Balloons projects by P. DeBernardis and S. Masi team

VEGA, Solid Rocket Motor ESA Program in which prof M. DiGiacinto and B. Favini gave contributions highly recognized internationally

Liquid Rocket Engines based on LOx-Methane propellants, with the group led by M. Onofri, F. Nasuti and M. Valorani

• Materials and Smart Structure Studies, with the groups led by T. Valente and by P. Gaudenzi

The support to the ESA IXV Re-entry vehicle Project by the group led by M. Onofri and R. Paciorri

The robotic and artificial intelligence applications performed by the groups of D. Nardi, F. Pirri and S. Monaco

The Earth Observation applications led by M. Pierdicca, F. Marzano, M. Marsella

DIS-A.Ruberti is widely recognized as one of the most important Dept in Informatics

50 anni dal lancio del San Marco 1 DICEMBRE 2014

Programma Cassini-Huygens :Inserimento nell’orbita attorno a Saturno NASA JPL – ASI, June 30 2005

The Cassini Radar


Cassini at Saturn

6

Sapienza participates to the fantastic Cassini mission with two instruments:radar and radio science.

DICEMBRE 2014 50 anni dal lancio del San Marco 1

River channels

Hydrocarbon lakes and season Titan

Titan is the second largest moon of the solar system (2550 km radius)

The bathymetry

of a Titan sea

Primary echo fromsea surface

Echo from sea bottom

DICEMBRE 201450 anni dal lancio del San Marco 1

Seu – Picardi Team

Performed by SAR + Altimeter Sounder

Two planetary radar sounders are presently operated with the italian leadership, either scientific and industrial MARSIS on board the ESA mission Mars Express SHARAD on board the NASA mission Mars

reconnaissance Orbiter

PRIMARY SCIENTIFIC OBJECTIVES To map the distribution of water, both liquid and solid, in

the upper portion of the crust of Mars •SECONDARY SCIENTIFIC OBJECTIVES

Mars subsurface geologic probing Mars surface characterization: large scale altimetry Mars ionosphere sounding: measurement of the

ionosphere electron density and investigation of the sun and the solar wind on the electron density

MARSIS and SHARAD Radar Sounders


Juno (NASA)Launch: 2011Arrival at Jupiter: Oct. 2016In orbit around Jupiter: 1-2 years

How large is the core?

How deep are the zonal winds?

Sapienza participates in the mission with the gravity experiment, enabled by an advanced Ka band transponder built by Thales Alenia Space Italy.

IL SOGNO di Carlo Buongiorno era di dotare l’Italia di capacità autonoma di accesso allo spazio


Il Progetto VEGA– Solid Propellant Propulsion

DICEMBRE 2014

• Nacque così il suo progetto del «Gennarino 1°» un Santo a suo dire molto più potente di San Marco e quindi adeguato a un progetto così ambizioso !!

• «Gennarino» fu l’inizio… Dopo anni di trattative, riunioni e accordi negli anni 2000 ESA avviò il Progetto VEGA

• VEGA ha prodotto un grande salto di qualità nelle capacità Italiane:

- L’Industria da manifatturiera è passata alla capacità dell’intera gestione del complesso sistema lanciatore

- Sono nate opportunità per incrementare le conoscenze tecniche

The Sapienza “Helium Solution”by Di Giacinto – Favini team

• To face pressure oscillations during the transient start up of VEGA, caused by the finocyl grain geometry adopted

• Eliminated by using Helium rather then Nitrogen as pressurizing gas

• Experimental validation on 19/12/05at Salto di Quirra (Sardinia)

• ESA adopted the Sapienza Solution for all the Vega stages

VEGA Project – Solid Propellant Propulsion



STUDI di CRAS Sapienza per VEGA EVOLUTION:

Programmi Presenti :

- Avio: Lyra nuovo upper stage, finanziato da ASI

- Avio: Mira engine, dimonstratore, finanziato da ASI

- Cira: Hyprob, Tech program finanziato da MIUR / ASI

- Cras: supporto scientifico

DICEMBRE 2014

Vega C e Vega EVega C=Evoluzione dalla presente configurazione di VEGA:

da P80-Z23-Z9 a P120-Z40-Z9Per Vega E si punta su un upper stage basato su motore Lox Methane

Terzo e Quarto stadio, e PLF comuni con VEGA

P120C stesso motore anche per i booster di Ariane 6

Z40

STUDIES on Combustion by RANS DNS & LES


DNS

PIV

Methane/Air

H2

OH

The MIRA Engine

NEW UPPER STAGE BASED ON LOX-METHANE ENGINE

DICEMBRE 2014


CFD for Hot Gas Side Heat Load

SIMULATIONS:

2D axisymmetric and 3D RANS hot gas side numerical simulation coupled with Quasi-2D model for the regenerative cooling circuit.

GOALS:

• Evaluation of hot gas side heat transfer

• Design of cooling systems for liquid rocket engine thrust chambers

NEW UPPER STAGE BASED ON LOX-METHANE ENGINE

DICEMBRE 2014

VEGA Nozzles Erosion Studies: Zefiro 23 & Zefiro 9AVEGA Nozzles Erosion Studies: Zefiro 23 & Zefiro 9A


• Full thermo-chemical erosion analysis & characterization with ReVMBFReVMBF• Excellent agreement of the entire final nozzle profile with post-firing

measurements (throat area increase: ≈ 25% for Z23; ≈ 73% for Z9A)

Nozzle erosion characterization is fundamental for SRMs internal ballistics & performance analyses

Research group: M. Onofri, F. Nasuti & D. BianchiResearch group: M. Onofri, F. Nasuti & D. Bianchi

VEGA Project – Solid Propellant Propulsion

DICEMBRE 2014


Structural verification of VEGA Zefiro 9 SRMStructural verification of VEGA Zefiro 9 SRMComposite multilayered structure computational model:Hydroproof tests; compression & bending testsCorrelation with experimental results. ► High stress state :

Non-linear analysis Stiffness matrix update

► Composite macromechanical failure test

First ply failure

Last ply failure

Max stress theoryTsai-Hill theoryTsai-Wu theory

Research group: P. Gaudenzi & L. LampaniResearch group: P. Gaudenzi & L. Lampani

VEGA Project – Materials and Structures

DICEMBRE 2014

Gd(NO3)3

CONCLUSIONI


La nostra comunità universitaria è molto orgogliosa di quanto Sapienza è riuscita e riesce ad esprimere a livello di formazione e ricerca.

La nostra forza e solidità è supportata sempre dalla consapevolezza di essere il risultato di quanto iniziò nelle nostre aule 50 anni fa….

15 December 1964DICEMBRE 2014

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