ORBIT WIZARD - GMSPAZIO Constellation Optimization and Design -

ORBIT WIZARD - GMSPAZIO Constellation Builder

Il numero di satelliti in orbita cresce ormai a dismisura e continuerà ad aumentare, sia per la diminuzione dei costi relativi alla progettazione dei razzi e di quelli relativi ai lanci, sia per la nascita di nuove aziende che sviluppano nuovi modi di utilizzare le risorse spaziali. 

La riduzione dei costi legati ai lanci consente alle industrie spaziali di investire maggiormente nel satellite stesso e, non a caso, diverse aziende stanno dispiegando nello spazio diversi tipi di mega-costellazioni. 

Inoltre, l’apertura degli asset spaziali alle aziende private comporta la realizzazione di progetti meno costosi rispetto ai precedenti programmi spaziali strettamente nazionali. 

All’interno di questo scenario, diventa fondamentale disporre di uno strumento dedicato alla progettazione e all’ottimizzazione delle costellazioni satellitari.

Gli strumenti software attualmente esistenti sono complessi, e perlopiù orientati a scopi generici, pertanto adattarli ai rigorosi requisiti progettuali di una costellazione
specifica comporta un notevole effort implementativo e, di conseguenza, economico. 

ORBIT WIZARD mira a colmare questo gap offrendo una soluzione facile da usare.

ORBIT WIZARD supporta la fase di sviluppo di una costellazione: grazie ai suoi algoritmi avanzati, determina i parametri ottimali che soddisfano i vincoli operativi dell’utente, come ad esempio il numero minimo di satelliti necessari per fornire copertura su scala globale o relativa ad un’area definita dall’utente.

ORBIT WIZARD dispone di diversi moduli per ovviare ai vari tipi di problemi connessi alla progettazione di costellazioni satellitari: può essere utilizzato per cercare i parametri orbitali ottimali per una costellazione su un singolo piano, oppure allo scopo di minimizzare il numero di satelliti mantenendo le performance operative previste. Inoltre, supporta la progettazione di missioni di volo in formazione.

Le costellazioni sono tipicamente composte da una serie di satelliti strutturalmente identici. Se, per una qualsiasi ragione, durante il periodo di deployment della costellazione dovesse essere introdotta una modifica strutturale al satellite, questo potrebbe alterare le prestazioni complessive della costellazione stessa. In questo tipo di scenario, ORBIT WIZARD fornisce un rapido feedback per valutare l’impatto delle modifiche introdotte.

CARATTERISTICHE:

ORBIT WIZARD si divide in due moduli:

ORBIT DESIGNER (OD)
Permette di definire e analizzare le prestazioni di una o più orbite “classiche” di riferimento;

CONSTELLATION DESIGNER (COD)
Permette di ottimizzare la progettazione della costellazione a partire dai requisiti di missione (ad esempio, la minimizzazione del numero di satelliti necessari senza influire sulle prestazioni complessive).

ORBIT DESIGN MODULE
Permette di determinare le orbite ottimali per 

La copertura di una o più aree di interesse definite dall’utente;
La copertura di una o più stazioni di terra definite dall’utente,
dato un valore di elevazione minima che vincola l’intervisibilità

Il COSTELLATION DESIGNER permette di scegliere tra i requisiti più comuni delle missioni spaziali, ed è diviso in due sezioni:

1 – COD PER REMOTE SENSING: designer di costellazioni finalizzato all’ottimizzazione delle costellazioni vincolate dalla ripetitività della traccia a terra o dalle prestazioni del tempo di rivisitazione.
Consente all’utente la scelta tra tre modalità di progettazione:

USER DESIGN: finalizzata a ridurre la distanza tra le tracce a terra o aumentare la frequenza delle osservazioni;
SOFTWARE DESIGN: designata per calcolare automaticamente la massima distanza tra le tracce a terra o trovare il valore preciso del tempo di rivisitazione;
FORMATION FLYING: per ottenere un valore preciso della distanza tra le tracce a terra o del tempo di rivisitazione.

2 – COD FOR COVERAGE: il designer permette di ottimizzare le costellazioni impiegate per la copertura globale o di una regione.

Fornisce all’utente funzioni utili per l’ottimizzazione della costellazione in base a specifici tipi di utilizzo, quali:

Comunicazioni: con almeno un satellite in intervisibilità continua;
Copertura multipla: con almeno quattro satelliti in intervisibilità (come nel caso dei sistemi di navigazione satellitare).

L’utente può definire i seguenti approcci alla missione:

CORRIDOI DI COPERTURA: per ottenere una copertura continua, completa (di grado 1 o superiore), da parte di costellazioni polari o quasi polari vincolate ad un’elevazione minima definita dall’utente;
TRIPLETTE WALKER: per realizzare una copertura continua e completa (di grado 1 o superiore) da parte di costellazioni di tipo Walker. ORBIT WIZARD calcolerà i parametri significativi per la progettazione della costellazione, tra cui:
- Tutte le possibili configurazioni e i parametri orbitali di ogni satellite, a partire dalle triplette Walker;
- Tutte le possibili triplette di Walker, il tempo di copertura e il numero medio di satelliti visibili, a partire dal vincolo dell’angolo di elevazione minimo e del grado di copertura desiderato.

COD FOR COVERAGE, inoltre, fornisce anche una funzione di ottimizzazione, detta COVERAGE AND OPTIMAL INCLINATION ANALYSIS, che, partendo dai valori calcolati in precedenza utilizzando le altre funzioni disponibili, massimizza la copertura continua di grado n, a livello globale o di una regione specifica, trova la costellazione più efficiente all’interno di un range di possibili valori di inclinazione definito dall’utente.

La capacità di progettare e analizzare le performance di costellazioni satellitari rende ORBIT WIZARD uno strumento efficace per lo sviluppo di qualsiasi costellazione. 

ORBIT WIZARD è adatto sia alle aziende che si occupano di progettazione e deployment di costellazioni, sia alle compagnie di telecomunicazioni.

Se l’obiettivo è migliorare le prestazioni di copertura, ORBIT WIZARD consente di ottimizzare la quantità finale di satelliti e, di conseguenza, dei lanci, riducendo i costi complessivi del progetto.