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 Onofri
Direttore Centro Ricerca Aerospaziale Sapienza (CRAS)
Roma, 15/12/2014
Il gruppo di docenti della Sapienza guidati da Luigi Broglio
1964 – 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…
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 …
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Le Prospettive dopo la Ministeriale ESA 2014
Dopo 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
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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
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Programma Cassini-Huygens :
Inserimento nell’orbita attorno a Saturno NASA JPL – ASI, June 30 2005
The Cassini Radar
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Cassini at Saturn
Sapienza participates to the fantastic Cassini mission with two instruments:
radar and radio science.
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Hydrocarbon
lakes and seas
on Titan
River channels
Titan is the second largest
moon of the solar system
(2550 km radius)
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Seu – Picardi Team
The bathymetry
of a Titan sea
Performed by
SAR + Altimeter Sounder
Primary echo from
sea surface
Echo from
sea bottom
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MARSIS and SHARAD Radar Sounders
 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
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Juno (NASA)
Launch: 2011
Arrival at Jupiter: Oct. 2016
In orbit around Jupiter: 1-2 years
How large is the core?
Sapienza participates in the mission with
the gravity experiment, enabled by an
advanced Ka band transponder built by
Thales Alenia Space Italy.
How deep are the zonal winds?
Il Progetto VEGA– Solid Propellant Propulsion
IL SOGNO di Carlo Buongiorno era di dotare l’Italia
di capacità autonoma di accesso allo spazio
•
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
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VEGA Project – Solid Propellant Propulsion
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 19/12/05
at Salto di Quirra (Sardinia)
• ESA adopted the Sapienza Solution for
all the Vega stages
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STUDI di CRAS Sapienza per VEGA EVOLUTION:
Vega C e Vega E
Vega C=Evoluzione dalla presente configurazione di VEGA:
da P80-Z23-Z9 a P120-Z40-Z9
Per Vega E si punta su un upper stage basato su motore Lox Methane
Programmi Presenti :
Terzo e
Quarto
stadio, e PLF
comuni con
VEGA
- Avio: Lyra nuovo upper stage,
finanziato da ASI
- Avio: Mira engine, dimonstratore,
finanziato da ASI
Z40
- Cira: Hyprob, Tech program
finanziato da MIUR / ASI
P120C stesso
motore anche
per i booster di
Ariane 6
- Cras: supporto scientifico
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NEW UPPER STAGE BASED ON LOX-METHANE ENGINE
STUDIES on Combustion
by RANS
DNS & LES
PIV
H2
The MIRA Engine
OH
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Methane/Air
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DNS
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NEW UPPER STAGE BASED ON LOX-METHANE ENGINE
CFD for Hot Gas Side Heat Load
GOALS:
• Evaluation of hot gas side heat transfer
• Design of cooling systems for liquid rocket
engine thrust chambers
SIMULATIONS:
2D axisymmetric and 3D RANS hot gas side
numerical simulation coupled with Quasi-2D
model for the regenerative cooling circuit.
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VEGA Project – Solid Propellant Propulsion
VEGA Nozzles Erosion Studies: Zefiro 23 & Zefiro 9A
Propulsion
•
•
Full thermo-chemical erosion analysis & characterization with ReVMBF
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. Bianchi
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VEGA Project – Materials and Structures
Structural verification of VEGA Zefiro 9 SRM
Composite multilayered structure computational model:
Hydroproof tests; compression & bending tests
Correlation with experimental results.
► High stress state :
Structures
Non-linear analysis
Stiffness matrix update
► Composite macromechanical
failure test
First ply failure
Last ply failure
Max stress theory
Tsai-Hill theory
Tsai-Wu theory
Research group: P. Gaudenzi & L. Lampani
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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….
Gd(NO3)3
15 December 1964
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