CONTROLLO AUTONOMO DELL'ATTERRAGGIO VERTICALE PER LA NAVICELLA STARSHIP

The area of reusability in the development of today's rockets and launchers is of fundamental importance for its ability to significantly reduce the cost of access to space, opening up new possibilities for space exploration and utilisation. The private US company SpaceX has revolutionised the concept of reusability in this sense by first developing the Falcon 9, the only launcher in the world to reuse the first stage, then the Starship, the largest and most powerful rocket ever built, consisting of two completely reusable stages. Of particular note is the latter's landing manoeuvre, which performs a flip maneuver from an initial horizontal to a final vertical position. A simplified physical model of the rocket under consideration, Starship, will be introduced to simulate the landing, neglecting variables such as friction force, mass change and the sloshing phenomenon. Next, the equations of state of the non-linear model will be found and then some factors such as the inclination of the rocket will be controlled. The control will be carried out using a PID controller by following the linearisation methodology around an equilibrium point and then opting for gain scheduling. The purpose of the control is to make the rocket perform this particular re-entry manoeuvre so that it reaches the ground with 0 velocity on all axes and in a vertical position.

L'ambito della riutilizzabilità nello sviluppo di razzi e lanciatori odierni è di fondamentale importanza per la capacità di ridurre significativamente i costi di accesso allo spazio, aprendo nuove possibilità per l'esplorazione e l'utilizzo dello stesso. L’azienda privata statunitense SpaceX ha rivoluzionato in questo senso il concetto di riutilizzabilità sviluppando per prima il Falcon 9, unico lanciatore al mondo a riutilizzare il primo stadio, poi la Starship, il razzo più grande e potente mai costruito, composto da due stadi completamente riutilizzabili. Di particolare rilievo è la manovra di atterraggio di quest'ultimo, in cui esegue una flip maneuver da una posizione iniziale orizzontale ad una finale verticale. Per simulare l’atterraggio verrà introdotto un modello fisico semplificato del razzo preso in esame, Starship, trascurando variabili come la forza di attrito, il cambiamento della massa e il fenomeno di sloshing. Successivamente si procederà a trovare le equazioni di stato del modello non lineare per poi controllarne alcuni fattori come l'inclinazione del razzo. Il controllo verrà effettuato tramite un controllore PID seguendo prima la metodologia di linearizzazione attorno ad un punto di equilibrio, e successivamente si opterà per un gain scheduling. Il controllo ha come scopo quello di far compiere al razzo questa particolare manovra di rientro, di modo che giunga al suolo con velocità 0 su tutti gli assi e in posizione verticale.