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Disponibilità di tesi in Meccanica del Volo Spaziale

 

  1. Advance Algorithms for Ascend Trajectory Optimization
  2. Preliminary design of an Active Debris Removal mission
  3. Preliminary design of  Interplanetary missions
  4.  Machine Learning for space trajectory guidance and control (G&CNet)
  5. Tema 5: Attitude control of a flexible Launch Vehicle in Atmospheric flight

Informazioni più dettagliate qui.

 

Approfondimenti su Sito docente.

Course Code Year Course - Attendance Bulletin board
SPACEFLIGHT MECHANICS 10589505 2021/2022
MECCANICA DEL VOLO 1035434 2021/2022
SPACEFLIGHT MECHANICS 10589505 2020/2021
MECCANICA DEL VOLO 1035434 2020/2021
SPACEFLIGHT MECHANICS 10589505 2019/2020
MECCANICA DEL VOLO 1035434 2019/2020
SPACEFLIGHT MECHANICS 10589505 2018/2019

Mercoledì 10-12 su Teams previo appuntamento.

CURRICULUM DIDATTICO SCIENTIFICO (Febbraio 2020)
Alessandro Zavoli

Dati Anagrafici
Alessandro Zavoli
Nazionalità Italiana

Titoli di Studio
Diploma di Maturità Scientifica (indirizzo PNI) conseguito presso il Liceo A. Einstein di Rimini, A.A. 2003/2004, con voti 100/100.
Laurea Triennale in Ingegneria Aerospaziale conseguito presso Sapienza - Università di Roma, in data 21/09/2007, con voti 110/110 e Lode. Titolo della tesi: "Problematiche Sperimentali in Galleria del Vento", Relatore: Prof. Giorgio Graziani.
Laurea Specialistica in Ingegneria Spaziale conseguito presso Sapienza - Università di Roma, in data 31/10/2009, con voti 110/110 e Lode. Titolo della tesi: "Ottimizzazione Indiretta di una Missione DV-EGA nel problema ristretto dei tre corpi ", Relatore: Prof. Guido Colasurdo.
Dottorato di Ricerca in Tecnologia Aeronautica e Spaziale conseguito presso Sapienza - Università di Roma, in data 13/05/2013. Titolo della tesi: "Indirect Optimization of Bang-Bang Control Problems and Applications to Formation Flying Missions", Relatore: Prof. Guido Colasurdo.

Attività Didattica Universitaria
Guidato da una naturale inclinazione alla didattica, a partire dal periodo di dottorato, e fino ad oggi, ho svolto numerose attività di supporto alla didattica e docenza presso Sapienza - Università di Roma , qui riassunte:
Docenza del Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Aerospaziale
Meccanica del Volo 3 CFU, 30 ore (AA. 2019/2020)
Docenza del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Spaziale e Astronautica
Spaceflight Mechanics 3 CFU, 30 ore (AA. 2018/2019-2020)
Docenza presso Master II livello in Sistemi Trasporto Spaziale
Launchers navigation, guidance and control principles, 9 ore (AA. 2017/18)
Launchers navigation, guidance and control principles, 15 ore (AA. 2018/19)
Insegnamento di moduli curricolari per i corsi di Laurea Triennale e Magistrale Algoritmi evoluzionistici ed applicazioni spaziali, 1 CFU (AA. 2015/16 e 2017/18-19)
Elementi di Simulazione di Sistemi Dinamici, 1 CFU (AA. 2014/15-19)
Supporto alla didattica per la Laurea Magistrale
o Corsi di Meccanica Orbitale , Dinamica d'Assetto e Analisi di Missione (A.A. 2009/2010) Didattica frontale, 9 ore/anno.
Tutoraggio / ricevimento studenti
o Corso di Meccanica del Volo Spaziale (AA. 2011/2012-2019)
Didattica frontale, 10 ore/anno. Tutoraggio / ricevimento studenti
o Corso di Dinamica del Volo (AA. 2017/2018-2018/2019)
Tutoraggio / ricevimento studenti

Supervisione dell attività di tesi
Correlatore di tesi di laurea triennale e magistrale, aventi ad oggetto
o Analisi preliminare ed ottimizzazione di missioni interplanetarie
o Ottimizzazione di traiettorie di salita di un lanciatore multistadio
o Architettura del sistema di controllo e determinazione d assetto di satelliti
o Analisi delle traiettorie per di velivoli a pilotaggio remoto VTOL

Contratti e Incarichi
da Marzo 2019
ad oggi Ricercatore a Tempo Determinato Tipologia A (tempo pieno)
SSD ING-ING/03 (Meccanica del Volo)
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e di Ingegneria Aerospaziale,
"Sapienza" Università di Roma

da Novembre 2018 Attività di Lavoro autonomo /consulenza professionale
a Dicembre 2018 Dipartimento di Ingegneria Meccanica e di Ingegneria Aerospaziale,
"Sapienza" Università di Roma
Controllo del punto di caduta di lanciatori
Sviluppo del modello matematico e per il calcolo della traiettoria di caduta degli stadi esausti di un lanciatore ed integrazione in un codice di ottimizzazione di traiettoria

da Novembre 2014
ad Ottobre 2018 Assegno di Ricerca SSD ING-ING/03 (Meccanica del Volo)
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e di Ingegneria Aerospaziale,
"Sapienza" Università di Roma
Sviluppo e validazione del sistema di determinazione e controllo di assetto di un nano-satellite
Sviluppo e integrazione dei sistemi di determinazione d assetto e di controllo per una piattaforma di sorveglianza satellitare
Analisi di sensibilità delle prestazioni del sistema ai parametri incerti dell hardware di misura/attuazione
Validazione del sistema in condizioni nominali mediante prove real-time Hardware-in-the-loop condotte in remoto sul satellite assemblato.
Valutazione di leggi di controllo avanzate per satelliti sotto-attuati
da Settembre 2014
ad Ottobre 2014 Borsa di studio avente ad oggetto attività di ricerca
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e di Ingegneria Aerospaziale,
"Sapienza" Università di Roma
Definizione e sviluppo del sistema di controllo di assetto di un satellite
Sviluppo delle funzionalità base del sistema di determinazione d assetto
da Settembre 2013
ad Agosto 2014 Assegno di Ricerca SSD ING-ING/03 (Meccanica del Volo)
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e di Ingegneria Aerospaziale, "Sapienza" Università di Roma
Pianificazione di traiettorie in volo atmosferico e spaziale
Attività di ricerca nell ambito dell ottimizzazione di traiettoria di un lanciatore multistadio con metodi indiretti, per la gestione simultanea di vincoli di flusso termico e punto di caduta degli stadi esausti
Analisi delle manovre di rendezvous cooperativo di una coppia di satelliti

da Marzo 2013
ad Agosto 2013 Borsa di studio avente ad oggetto attività di ricerca
Dipartimento di Ingegneria Meccanica e di Ingegneria Aerospaziale,
"Sapienza" Università di Roma
Definizione e sviluppo del sistema di controllo di assetto di un satellite
Studio preliminare dell architettura del sistema di determinazione e controllo d assetto per un nano-satellite
di sorveglianza, definizione dei modi operativi ed analisi delle condizioni di transizione
Sviluppo delle funzionalità base del sistema di controllo e valutazione delle prestazioni nominali del sistema

da Ottobre 2012
a Dicembre 2012 Incarico di collaborazione continuata e continuativa
Centro Ricerca Aerospaziale Sapienza - CRAS, "Sapienza" Università di Roma
Verifica di un codice di calcolo per l'ottimizzazione di manovre di satelliti
Attività di verifica e documentazione del software sviluppato per il progetto Simbol-X, terminata con il collaudo presso il Centre national d'études spatiales (CNES), Tolosa

da Novembre 2011
a Gennaio 2012 Incarico di collaborazione continuata e continuativa
Centro Ricerca Aerospaziale Sapienza - CRAS, "Sapienza" Università di Roma
Sviluppo di software per l ottimizzazione del deployment cooperativo di una formazione di satelliti in orbita HEO
Implementazione delle tecniche di ottimizzazione indiretta specifiche per problemi di controllo ottimo bang-bang ed l applicazione al caso della missione Simbol-X

Attività di Ricerca
Presso il dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale dell università di Roma Sapienza, è stata svolta a partire da Novembre 2009 una continua attività di ricerca su molteplici temi di Meccanica del Volo spaziale, fra cui ottimizzazione di traiettorie spaziali, dinamica d assetto di satelliti, e guida e controllo di un lanciatore.
Nell ambito della meccanica orbitale, l attività è stata focalizzata sull ottimizzazione di traiettorie spaziali, quali trasferimenti fra orbite geocentriche, missioni interplanetarie e traiettorie di salita di lanciatori. Sono stati studiati approcci basati sia su metodi diretti stocastici (genetici, particle swarm, differential evolution), sia indiretti. Questi ultimi sono stati investigati con maggior attenzione, in virtù di del loro ridotto costo computazionale e del loro maggior interesse dal punto di vista scientifico.
Lo studio si è focalizzato su di una specifica classe di problemi di controllo ottimo in cui la legge di controllo è discontinua ( bang-bang ), molto frequenti in ambito spaziale, ma estremamente difficili da trattare numericamente con le tecniche tradizionali. Nella tesi di dottorato [1] sono presentate due tecniche specifiche per il trattamento di questi problemi: una basata su regolarizzazione e continuazione ed una basata sull approccio multi-arco . Queste tecniche vengono discusse e per la prima volta confrontate in modo sistematico, definendone i rispettivi pregi ed i limiti applicativi. Al fine di estendere ulteriormente le capacità di indagine al caso di missioni che coinvolgono contemporaneamente più satelliti in grado di manovrare cooperativamente, viene proposto un originale metodo multi-arco a scale temporali multiple [4]. Quanto sviluppato è stato applicato con successo al design preliminare della missione italo-francese Simbol-X [2]. Il problema è decisamente peculiare, in quanto coinvolge una coppia di satelliti che si muovono su orbite fortemente ellittiche, tanto che la "struttura" ottimale della missione si modifica a seconda della data di lancio, a causa della perturbazione di terzo corpo della luna, in modo non predicibile a priori [9-10].
L interesse del candidato per le tematiche legate all ottimizzazione di traiettorie spaziali è confermato dalla ripetuta partecipazione come membro del team Sapienza-Politecnico di Torino alla Global Trajectory Optimisation Competition, competizione internazionale cui partecipano i principali poli di ricerca del settore, nell ambito della quale sono stati ottenuti lusinghieri risultati, fra cui il primo posto nel 2012 (GTOC6) con il progetto di un elaborato tour delle lune di Giove [3].
L attività nell ambito della dinamica d assetto origina dalla partecipazione ad un progetto industriale volto alla progettazione e sviluppo del sistema di determinazione e controllo di assetto per un nano-satellite con funzioni di sorveglianza, nel corso del quale si instaura una proficua collaborazione con gruppi di ricerca di meccanica del volo di altre università italiane. Il desiderio di progettare un sistema di peso contenuto, ma ad altissime prestazioni, porta alla definizione di una architettura di controllo complessa, cui fa seguito lo sviluppo di un accurato modello simulazione del comportamento dinamico del satellite e del relativo hardware di bordo. Il corretto funzionamento del sistema di controllo è successivamente verificato mediante una estensiva campagna di simulazioni real-time Hardware-in-The-Loop, condotta utilizzando il sistema di prototipazione rapida dSpace. Parallelamente all attività industriale, viene svolta una attività di ricerca più prettamente accademica, incentrata sull analisi ed il controllo di sistemi dinamici sotto-attuati. Satelliti di piccole dimensioni, in cui l hardware di bordo non può essere ridondato per motivi di peso, possono facilmente portarsi in questa condizione, che, in molti casi, determina una fine prematura della vita operativa del satellite. La ricerca condotta ha tuttavia individuato delle innovative leggi di controllo non-lineari, in grado di estendere la vita operativa del satellite anche nel periodo di sotto-attuazione. Più precisamente, si sono studiati il caso del detumbling di un satellite dotato di un solo attuatore magnetico [6] ed il problema del puntamento a singolo asse di un satellite con solo due ruote di reazione funzionati [7]. Negli articoli viene discussa e provata analiticamente la stabilità globale dei controllori ideati. L efficacia delle leggi di controllo è quindi verificata mediante simulazioni numeriche che sfruttano l esperienza maturata con le attività di carattere industriale precedentemente descritte.
Il problema di guida e controllo di un lanciatore si pone come naturale estensione dell attività di ricerca condotta nei settori dell ottimizzazione di traiettorie e controllo di velivoli spaziali. La pianificazione ottimale di una traiettoria di ascesa in orbita per un lanciatore multistadio è stata oggetto di un ciclo di tesi di laurea magistrale, che il candidato ha supervisionato in qualità di correlatore. Gli studi hanno riguardato principalmente la possibilità di estendere i metodi indiretti multi-arco sviluppati per applicazioni orbitali al caso di un velivolo transatmosferico ed il confronto con i più consolidati metodi diretti. La tecnica indiretta è risultata particolarmente efficiente dal punto di vista numerico, fornendo accurate soluzioni anche nel caso di problemi complessi, che includono vincoli di flusso termico e punto di caduta. L applicazione diventa via via più laboriosa man mano che si considerano modelli più raffinati per il sistema propulsivo ed aerodinamico. Le competenze così maturate hanno permesso di instaurare dei solidi rapporti di collaborazione con l agenzia spaziale europea, in favore della quale è stata svolta negli ultimi anni una attività di supporto e cross-check per le traiettorie di salita per diverse configurazioni dei lanciatori VEGA e VEGA-C.
Più recentemente, l attività si è estesa allo studio del problema del controllo del lanciatore durante il volo atmosferico. In particolare, l obiettivo è quello di sviluppare una architettura robusta mediante leggi di controllo adattative, che incorporino le leggi attualmente implementate come caso nominale, ma siano capaci di reagire tempestivamente in caso di scostamenti dalla situazione nominale. L analisi di questi complessi sistemi di controllo fa leva su tecniche non dissimili da quelle utilizzate dal candidato nelle applicazioni satellitari. Questa attività, sebbene ancora in fase embrionale, è considerata molto promettente sia dal punto di vista scientifico, sia per le ricadute industriali in termini di riduzione di tempi e costi di missionizzazione.

Elenco delle Pubblicazioni
Tesi di Dottorato

[1] Indirect Optimization of Bang-Bang control problems with applications to formation flying missions , May 2013, Sapienza - Università di Roma,
http://padis.uniroma1.it/handle/10805/2053

Articoli su rivista:

[2] F. Simeoni, L. Casalino, A. Zavoli, G. Colasurdo (2012), "Indirect Optimization of Satellite Deployment into a Highly Elliptic Orbit", in: INTERNATIONAL JOURNAL OF AEROSPACE ENGINEERING, vol. 2012, pp. 1-14. - ISSN 1687-5966
[3] Guido Colasurdo, Alessandro Zavoli, Alessandro Longo, Lorenzo Casalino, Francesco Simeoni, Tour of Jupiter Galilean moons: Winning solution of GTOC6, Acta Astronautica, Volume 102, September October 2014, Pages 190-199, ISSN 0094-5765, http://dx.doi.org/10.1016/j.actaastro.2014.06.003
[4] Zavoli A., Colasurdo G., "Indirect Optimization of Finite-Thrust Cooperative Rendezvous", Journal of Guidance, Control, and Dynamics 38.2 (2014), pp. 304-314.
http://dx.doi.org/10.2514/1.G000531
[5] L. Casalino, D. Pastrone, F. Simeoni, G. Colasurdo, and A. Zavoli, GTOC5: Results from the Politecnico di Torino and Università di Roma Sapienza, Acta Futura, vol. 8, pp. 29-36, 2014. doi:10.2420/AF08.2014.29
[6] A. Zavoli, F. Giulietti, G. Avanzini, and G. De Matteis, "Spacecraft dynamics under the action of Y-dot magnetic control law", Acta Astronautica, Volume 122, May June 2016, Pages 146-158, ISSN 0094-5765, http://dx.doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.01.024
[7] Zavoli A., De Matteis Guido, Giulietti F., Avanzini G. (2017). Single-Axis Pointing of an Underactuated Spacecraft Equipped with Two Reaction Wheels. Journal of Guidance Control and Dynamics, vol. 40, p. 1465-1471, ISSN: 0731-5090, doi: 10.2514/1.G002182
[8] Lorenzo Federici, Alessandro Zavoli, and Guido Colasurdo, Preliminary Capture Trajectory Design for Europa Tomography Probe, International Journal of Aerospace Engineering, vol. 2018, Article ID 6890173, 12 pages, 2018.

Atti di Conferenza:

[9] A. Zavoli, F. Simeoni, L. Casalino, G. Colasurdo, "Optimal Cooperative Deployment of a Two-Satellite Formation into a Highly Elliptic Orbit". In: 2011 AAS/AIAA Astrodynamics Specialist Conference, Girdwood, Alaska, July 31 - August 4, 2011. pp. 3647-3663
[10] F. Simeoni, L. Casalino, A. Zavoli, G. Colasurdo, Deployment of a Two-Spacecraft Formation into a Highly Elliptic Orbit with Collision Avoidance . In: 2012 AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference, Minneapolis, Minnesota, 13 - 16 August 2012. pp. 1-12
[11] A. Zavoli, F. Giulietti, G. Avanzini, and G. De Matteis, "Single-Axis Pointing by means of two reaction wheels", 25th International Symposium on Space Flight Dynamics ISSFD, at Munich, Germany, October 2015
[12] L. Casalino, G. Colasurdo, A. Zavoli, M. GTOC8: Results and Methods of Team 22. In: 26th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Napa, CA., February 2016, pp. 4291-4300
[13] V. Notaro, M. Di Benedetto, G. Palermo, L. Iess, M. J. Mariani, A. Zavoli, L. Imperi, D. Durante, P. Racioppa, L. Pollice, "Europa tomograpy probe (ETP) mission feasibility - spacecraft design", 67th International Astronautical Congress (IAC), Guadalajara, Mexico, September 2016
[14] Alessandro Zavoli, Fabrizio Giulietti, Giulio Avanzini, Guido De Matteis, Single axis pointing for underactuated spacecraft with a residual angular momentum , In: Proceedings of 26th International Symposium on Space Flight Dynamics ISSFD, Matsuyama, japan, June 5 9, 2017
[15] Lorenzo Federici, Alessandro Zavoli, Guido Colasurdo, Lucandrea Mancini, Agostino Neri. Integrated Optimization of Ascent Trajectory and SRM Design of Multistage Launch Vehicles. In: 29th AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Maui (Hawaii), January 2019
[16] Benedikter, B., Zavoli, A., and Colasurdo, G., A Convex Approach to Rocket Ascent Trajectory Optimization, 8th European Conference for Aeronautics and Space Sciences (EUCASS), Madrid, Spain, 2019.
[17] Benedikter, B., Zavoli, A., and Colasurdo, G., A Convex Optimization Approach for Finite-Thrust Time-Constrained Cooperative Rendezvous, Paper AAS 19-763, Astrodynamics Specialist Conference, Portland, Maine, 2019.
[18] Trotta, D., Zavoli, A., De Matteis, G., and Neri, A., Opportunities and Limitations of Adaptive Augmented Control for LaunchVehicle Attitude Control in Atmospheric Flight, Paper AAS 19-765, Astrodynamics Specialist Conference, Portland, Maine, 2019.
[19] Federici, L., Zavoli, A., and Colasurdo, G., Impulsive Multi-Rendezvous Trajectory Design an Optimization, 8th European Conference for Aeronautics and Space Sciences, Madrid, Spain, 2019.
[20] Federici, L., Zavoli, A., and Colasurdo, G., A Time-Dependent TSP Formulation for the Design of an Active Debris Removal Mission using Simulated Annealing, Astrodynamics Specialist Conference, Vol. AAS 19-701, Portland, Maine, 2019.
[21] Zavoli, A., Federici, L., Benedikter, B., and Colasurdo, G., Comparative Analysis of Genetic Crossover Operators for the Optimization of Impulsive Multi-Rendezvous Trajectories, AIDAA 2019 - XXV International Congress, Rome, Italy, 2019.
[22] Zavoli, A., Federici, L., Benedikter, B., Casalino, L., and Colasurdo, G., GTOC X: Solution Approach of Team Sapienza-PoliTo, Paper AAS 19-894, Astrodynamics Specialist Conference, Vol. AAS 19-894, Portland, Maine, 2019.

Premi e Riconoscimenti
Membro del team vincitore della Global Trajectory Optimal Competition 6 (organizzato dal Jet Propulsion Laboratory, 2012)
Membro del team 2° classificato della Global Trajectory Optimal Competition 5 (organizzato dall università di Mosca, 2010)
Membro del team 3° classificato alla Global Trajectory Optimal Competition 8 (organizzato dal Jet Propulsion Laboratory, 2015)