Riassunto analitico
Nelle missioni spaziali che prevedono la discesa di un Lander verso il suolo lunare o marziano, l’atterraggio di quest’ultimo rappresenta una delle fasi più delicate. L’obiettivo è quello di consentire un atterraggio sicuro dissipando tutta l’energia cinetica posseduta dal lander in fase di discesa, assorbendo i carichi derivanti dall’impatto con il suolo ed eventuali ostacoli rocciosi.
La configurazione del lander dotato di legs di atterraggio è stata largamente utilizzata nell’esplorazione spaziale. In particolare, in questo studio si fa riferimento al sistema di assorbimento di energia realizzato tramite crush-box in honeycomb di alluminio. Sono state analizzate e confrontate due soluzioni. La prima prevede l’utilizzo di una singola cartuccia rigida in honeycomb, la seconda prevede l’uso di due cartucce con rigidezze differenti poste in serie. La modellazione multi-body consente di simulare l’atterraggio nelle condizioni reali ai fini di una progettazione più efficiente.
Partendo da attività già svolte in azienda, è stato sviluppato il modello matematico che riproduce la deformazione plastica dell’elemento deformabile plasticamente. Questo, è stato inserito dapprima in un modello a corpi rigidi e successivamente in un modello a corpi flessibili.
Il primo ha permesso di determinare i due scenari di atterraggio più critici a partire da una serie di casi proposti. In particolare, i due scenari più critici sono caratterizzati da un urto frontale o laterale con un ostacolo roccioso.
In seguito, le simulazioni a corpi flessibili hanno consentito la determinazione delle deformazioni plastiche dei damper, dei carichi agenti nella fase di atterraggio per il dimensionamento strutturale del modulo stesso e validazione del sistema di bloccaggio, degli indici di stabilità, margini di sicurezza e accelerazioni percepite per confrontare le due soluzioni di crush-box proposte. Tutte le simulazioni si riferiscono alle condizioni ambientali e di atterraggio previste per l’esplorazione di Marte.
Per lo svolgimento è stato utilizzato il software multi-body MSC Adams, nei suoi diversi ambienti. La scelta di quest’ultimo è dovuta alla semplificazione del flusso di lavoro data dal modulo MSC Adams-Flex che elimina la necessità di passaggi intermedi tra diversi software nella modellazione a corpi flessibili.
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Abstract
In space missions involving the descent of a Lander to lunar or Martian soil, the landing of the Lander represents one of the most delicate phases. The objective is to allow a safe landing by dissipating all the kinetic energy possessed by the lander during the descent, absorbing the loads resulting from the impact with the ground and any rocky obstacles.
The lander configuration with landing legs has been widely used in space exploration. In particular, in this study reference is made to the energy absorption system realized through crush-box in aluminum honeycomb. Two solutions were analysed and compared. The first involves the use of a single rigid cartridge in honeycomb, the second involves the use of two cartridges with different stiffness placed in series. Multi-body modeling allows you to simulate landing under real conditions for more efficient design.
Starting from activities already carried out in the company, the mathematical model that reproduces the plastic deformation of the plastic deformable element was developed. This was first inserted in a rigid body model and then in a flexible body model.
The first allowed to determine the two most critical landing scenarios from a series of proposed cases. In particular, the two most critical scenarios are characterized by a frontal or lateral impact with a rocky obstacle.
Then, the simulations with flexible bodies allowed the determination of the plastic deformations of the dampers, of the loads acting in the landing phase for the structural dimensioning of the module itself and validation of the locking system, stability indices, safety margins and perceived accelerations to compare the two proposed crush-box solutions. All simulations refer to the expected environmental and landing conditions for the exploration of Mars.
The multi-body software MSC Adams was used in its various environments. The choice of the latter is due to the simplification of the workflow given by the Adams-Flex MSC module that eliminates the need for intermediate steps between different software in flexible body modeling.
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