Dottorato in INGEGNERIA AERONAUTICA E SPAZIALE

email: fabrizio.piergentili@uniroma1.it
telefono: 3387955504
edificio: palazzina E
stanza: 1

Academic Appointments

Start End Institution Position
2006 2011 Università di Bologna “ALMA MATER STUDIORUM” Ricercatore Universitario nel Settore Scientifico Disciplinare ING-IND/05
2006 2011 Università di Bologna “ALMA MATER STUDIORUM” dottorato in “Disegno e Metodi dell’Ingegneria Industriale e Scienze Aerospaziale” Membro del Collegio dei docenti
2011 In corso Università di Roma, “La Sapienza” Ricercatore Universitario nel Settore Scientifico Disciplinare ING-IND/05
2014 In corso MIUR, Abilitazione Scientifica Nazionale Abilitazione Scientifica Nazionale per la II fascia, per il SC 09/A1
2017 In corso MIUR, Abilitazione Scientifica Nazionale Abilitazione Scientifica Nazionale per la I fascia, per il SC 09/A1
2014 In corso Università di Roma “La Sapienza”, dottorato in “Ingegneria Aeronautica e Spaziale” Membro del Collegio dei docenti
2019 In corso Università di Roma, “La Sapienza” Professore di II Fascia nel Settore Scientifico Disciplinare ING-IND/05



Other Appointments

Start End Institution Position
2017 In corso International Academy of Astronautics Member of the IAA Committee on Space Debris
2018/06 2018/08 University of Michigan Visiting scholar
2012 2014 IADC Inter-Agency Space Debris Coordination Committee Chairman of WG1-Measurements
2010 In corso IADC Inter-Agency Space Debris Coordination Committee Member of Italian Delegation to WG1
2012 In corso University “La Sapienza” SPIN OFF: Roboptics Srl, Proposer and Vice-President


Teaching experience

Year Institution Lecture/Course
2016-in corso Università di Roma, “La Sapienza” Space Guidance and Navigation
2013-in corso Università di Roma, “La Sapienza” Impianti Aeronautici
2014-in corso Università di Roma, “La Sapienza” Laboratorio di Sistemi Spaziali
2016/2017 Università di Roma, “La Sapienza” Sistemi di Telerilevamento
2006-2013 Università di Bologna “ALMA MATER STUDIORUM” Avionica e strumentazione spaziale
2009-2011 Università di Bologna “ALMA MATER STUDIORUM” Dinamica e Controllo Orbitale

Society memberberships, Awards and Honors, patents

Year Title
2005 Fabrizio Piergentili, A passive system for LEO microsatellite deorbiting. patent n°RM2005A000471, Italian patent office, September 15th, 2005
2008 Fabrizio Piergentili, Gian Paolo Candini, Integrated photovoltaic module and production method, patent n°RM2008A000198, Italian patent office, April 15th, 2008
2006 Bepi Colombo Prize.




Funding Information [grants as PI-principal investigator or I-investigator]

Year Title Program

2018 ADDENDUM - IKUNS-Italian Kenian University Nano Satellite - PI Convenzione ASI-Sapienza per BSC di Malindi
2017 Development of a static optical system to survey space debris population in GEO -PI Ricerche UNIVERSITARIE
2016 Nanosatellite Eaglet – Supporto all’ottimizzazione del Sistema e sviluppo del SW per On Board Computer (OBC) - PI Accordo CGS spa – DIMA Sapienza
2016 SSA P2-SST-X Support Observations and Sensor Qualification –P I ESA SST
2015 Qualifica di sistemi di mitigazione di detriti spaziali - PI Accordo New Production Concept- DIMA Sapienza
2015 Detriti spaziali – support alle attività IADC e validazione pre-operativa per SST -PI untà Sapienza Accordo ASI-INAF
2015 IKUNS-Italian Kenian University Nano Satellite - PI Convenzione ASI-Sapienza per BSC di Malindi
2014 EQUO- Equatorial Observatory – co-PI Convenzione ASI-Sapienza per BSC di Malindi
2014 OVALSS - Optical &Voice Approach & Landing Support System - PI Ricerche UNIVERSITARIE
2014 Responsabile Scientifico programma di Scambio tra Sapienza (DIMA) ed University of Michigan (Department of astronomy) - PI Professori Visitatori
2012 Inquinamento spaziale: sistema a largo campo di vista e algoritmi per la determinazione del moto di detriti da misure ottiche" - PI Ricerche UNIVERSITARIE
2008 HPH.com(HeliconPlasmaHyrazine.COmbinedMicro), , Responsabile Scientifico Unità Università Studi di Bologna – PI unità Università di Bologna FP7(settimo programma quadro)





Part VII – Research Activities

Keywords Brief Description
sorveglianza spaziale, con particolare riguardo a detriti spaziali La sorveglianza spaziale riguarda l’osservazione, il monitoraggio e la catalogazione degli oggetti in orbita terrestre; in questo campo di ricerca rientrano l’analisi delle strategie di osservazione e lo sviluppo dei modelli della dinamica dei corpi in orbita utili per le procedure di determinazione orbitale.
Questa attività è iniziata nell 2000 quando, per la prima volta in Italia, sono stati fotografati intenzionalmente alcuni oggetti in orbita Geostazionaria, utilizzando sistemi ottici. Dopo aver effettuato queste prime foto ed aver messo a punto le strategie di osservazione e di determinazione orbitale di tali oggetti è stata ideata e realizzata la prima campagna di osservazione italiana, nell’Aprile 2002, dedicata alla ricerca di detriti spaziali in orbita geostazionaria. Durante questa campagna di osservazione sono stati ripresi oltre 100 oggetti, alcuni dei quali non presenti nel “Geosynchronous Catalog Report” della NASA; gli oggetti ripresi sono stati analizzati e i loro principali parametri orbitali identificati. In particolare il grafico delle ascensioni rette e delle inclinazioni di tali oggetti permette di valutare gli effetti congiunti dello schiacciamento della Terra e della presenza del Sole e della Luna sui corpi identificati, consentendo una stima del tempo trascorso dal termine del controllo orbitale.
Considerate le difficoltà che si incontrano nell’identificazione accurata dei parametri orbitali di corpi orbitanti che transitano per poco tempo nel campo di vista dei sistemi di monitoraggio, si è organizzata la prima campagna europea di monitoraggio dei detriti spaziali sfruttando contemporaneamente due siti osservativi cooperanti, uno in Italia (Osservatorio Astronomico di Campo Catino) ed uno in Spagna (Observatori Astronòmic de Mallorca). Tale campagna di osservazioni ha permesso di eseguire misure congiunte degli oggetti ripresi, valutando l’efficacia delle strategie messe a punto al fine di migliorare l’accuratezza delle procedure di determinazione orbitale.
A seguito delle campagne di osservazione di oggetti in orbita Geostazionaria si è poi analizzata anche la possibilità di effettuare campagne di ricerca di detriti in orbita bassa. A tale scopo si è organizzata una campagna di osservazione relativa ad oggetti che naturalmente presentano dinamiche e problematiche nella ripresa e nell’inseguimento totalmente diverse dalle campagne di osservazione precedenti. Le strategie di inseguimento sono state provate con successo e diversi metodi di determinazione orbitale sono stati applicati e confrontati tra loro partendo dai dati raccolti; i risultati sono stati presentati oltre che nella Tesi di Dottorato, il cui titolo è “Osservazione e Mitigazione di detriti spaziali”.
La crescente necessità di campagne di osservazione continue per il monitoraggio dell’ambiente detritico orbitale e le nozioni acquisite durante i primi anni di ricerca nel campo hanno permesso la progettazione ed il coordinamento della realizzazione del primo osservatorio italiano dedicato all’osservazione dei detriti spaziali. Tale osservatorio è stato realizzato, per conto della Scuola di Ingegneria Aerospaziale dell’Università degli Studi di Roma “La Sapienza”, nell’ambito di un lavoro di cooperazione nazionale tra università ed enti di ricerca italiani che operano su diversi aspetti del problema dei detriti spaziali, finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana.
L’osservatorio ha avuto la prima luce nel Luglio 2007 e nell’ultimo anno ha partecipato attivamente alle campagne di osservazione dei detriti spaziali organizzate in ambito internazionale dalle Agenzie Spaziali afferenti allo IADC (Inter Agency Space-Debris Commitee). Questo comitato è un organo internazionale formato dalle delegazioni delle Agenzie Spaziali dei Paesi con programmi spaziali avviati e consolidati, preposto all’analisi e al monitoraggio della situazione dei detriti spaziali. Nell’ambito dei lavori dello IADC, sono state coordinate le attività dell’osservatorio italiano nella partecipazione alle campagne internazionali per conto dell’Agenzia Spaziale Italiana; inoltre è stato assunto il ruolo di coordinatore internazionale della campagna IADC “International 2007 Optical Debris Campaign in Higher Orbit AI 23.4” alla quale hanno partecipato, oltre all’osservatorio italiano, osservatori russi, statunitensi, ucraini, giapponesi, cinesi, francesi e l’osservatorio delle Canarie dell’ESA e nel 2012 si è assunto il ruolo di Co-chairman e poi Chairman del gruppo di lavoro dedicato alle Misure dei detriti (WG-1 Measurements).
Ad oggi la Sapienza possiede ed opera un network di osservatori dedicati alla sorveglianza spaziale dislocati su territorio italiano e presso Malindi in Kenya.
La realizzazione di tale network di osservatori ha permesso di monitorare con successo anche il rientro di oggetti non controllati, quali ad esempio la stazione spaziale cinese TIANGONG-1.
Nel complesso l’attività collegata alla sorveglianza spaziale ha consentito di applicare le nozioni di Sistemi Spaziali e Meccanica del Volo a casi pratici, confrontando i modelli delle perturbazioni orbitali con i dati effettivamente raccolti.
Nell’ambito della ricerca per la sorveglianza spaziale sono state approfonditamente analizzate le problematiche connesse alla determinazione delle traiettorie di missili balistici tattici sulla base di misure radar. Durante questo lavoro sono stati identificati i modelli matematici adatti a descrivere la dinamica di un missile balistico ed è stata messa a punto una procedura per l’identificazione dei valori di prima stima dello stato del missile (posizione e velocità ad un certo istante), utili ad inizializzare le procedure iterative di identificazione della traiettoria. A questo primo lavoro è seguito un secondo lavoro in cui sono stati identificati i procedimenti iterativi per la caratterizzazione della traiettoria del missile e sono stati sviluppati gli algoritmi adatti a determinare l’istante di burn-out ed il punto di impatto al suolo di un missile (metodo di GAUSS e delle serie f,g mediati, filtro di Kalman). E’ stata svolta anche un’analisi dell’effetto dell’accuratezza dei sistemi radar sulla stima degli errori nell’identificazione del punto di impatto e del burn-out. Per rispondere alle effettive necessità dei sistemi di identificazione di missili balistici operanti in uno scenario bellico, è sembrato opportuno proseguire il lavoro iniziato con lo studio e la messa a punto di un algoritmo capace di discriminare i falsi obiettivi dai missili balistici. Nell’ambito di questo studio è stato realizzato un algoritmo capace di discriminare gli oggetti, basandosi sullo scostamento dei valori attesi da quelli reali, e ne è stata verificata l’efficacia per missili caratterizzati da differenti parametri balistici.
L’attività di progettazione e realizzazione di micro satelliti universitari è stata svolta nell’ambito del programma IKUNS, 1KUNS-PF, URSA MAIOR, UNISAT (progetti UNISAT-2, UNISAT-3 UNISAT-4 ed UNISAT-5), EDUsat, UNICubeSAT ed ALMAsat.
Il satellite URSA MAIOR (3U) lanciato nell’ambito del progetto QB50 è attualmente in orbita e operativo. Per tale satellite il candidato ha svolto attività di Responsabile tecnico. Tale satellite ha scattato foto a bassa risoluzione della Terra, ed ha provato diverse tecnologie legate al computer di bordo e a sistemi di mitigazione dei detriti spaziali, quali una vela per il deorbiting.
Il satellite 1KUNS-PF (1U) è a bordo della ISS è stato immesso in orbita il 7 maggio 2018 ed è operativo, per tale satellite il candidato ha il ruolo di Responsabile scientifico del Programma. Tale satellite continua a scattare foto ad alta risoluzione della terra e ha permesso di analizzare la dinamica e il controllo d’assetto magnetico attivo.
IKUNS-LEDSAT è schedulato per il lancio nell’ambito del progetto ESA “FLY YOUR SATELLITE” per il primo quarto del 2020. Tale satellite imbarcherà dei led ad alta potenza per esperimenti di determinazione orbitale e d’assetto da osservazioni ottiche e per comunicazioni ottiche.
Nell’ambito della partecipazione al programma UNISAT è stata analizzata la dinamica orbitale e d’assetto dei microsatelliti UNISAT. Dal 2002, infatti, si è avuta l’opportunità di lavorare sui microsatelliti UNISAT-2 (lanciato nel 2002), UNISAT-3 (lanciato nel 2004) ed UNISAT-4 (lanciato nel 2006).
In particolare per il microsatellite UNISAT-3 il si è effettuata l’analisi della dinamica d’assetto in orbita, ricostruendo il comportamento del satellite dai dati di telemetria dei pannelli solari e del magnetometro. La ricostruzione dell’assetto del satellite in orbita è stata realizzata congiuntamente all’analisi delle prestazioni in orbita dei pannelli solari di UNISAT-3; infatti la valutazione sullo stato delle celle solari è stata possibile grazie alla contemporanea identificazione dell’orientamento del satellite. Per migliorare le capacità di identificazione dell’assetto del satellite UNISAT sono stati progettati e realizzati un sensore di Luna ed un sensore di Sole imbarcati a bordo del microsatellite UNISAT-4.
Ulteriori analisi sulla dinamica di assetto di microsatelliti stabilizzati con sistemi passivi e si è valutato il comportamento di satelliti stabilizzati tramite magnete permanente o tramite boom per sfruttare il gradiente di gravità. In particolare si è studiato un modello matematico dei satelliti EduSAT (sistema di stabilizzazione d’assetto magnetico passivo) e UNISAT-5 (sistema di stabilizzazione d’assetto tramite coppia di gradiente di gravità), ed è stato affrontato il problema dello smorzamento delle oscillazioni tramite barre di isteresi per la dissipazione dell’energia, inoltre sono state effettuate delle simulazioni numeriche della dinamica d’assetto per valutare l’efficacia dei sistemi progettati.
Di questo filone di ricerca fa parte anche l’analisi del controllo d’assetto del microsatellite UNISAT-5 tramite micro-thruster oggetto di un contratto di ricerca finanziato dall’Unione Europea nell’ambito del 7° Programma Quadro. In particolare si è analizzata la possibilità di valutare le prestazioni in orbita dei micro-thruster per il controllo d’assetto attivo tramite la ricostruzione dell’assetto del satellite.
L’analisi della dinamica orbitale dei microsatelliti UNISAT, basata sull’evoluzione dei parametri orbitali medi riportati dai TLE rilasciati dal NORAD, ha permesso la stima della densità atmosferica ai diversi regimi orbitali in cui si trovano i satelliti UNISAT (650x650 km, 65° inclinazione), UNISAT-2 (650x650 km, 65° inclinazione) ed UNISAT-3 (800x800 km, 98° di inclinazione). La valutazione della densità atmosferica ha permesso la stima del life-time dei satelliti successivi ed in particolare ha portato a considerare la necessità di progettare un sistema capace di deorbitare il satellite a fine vita operativa, semplice ed affidabile, che fosse basato sull’incremento del coefficiente balistico. A tal fine è stato progettato, realizzato e brevettato il sistema SIRDARIA (Spacecraft Integrated Re-Entry Device Aero-Resistant Increasing Area), un sistema di rientro per microsatelliti in orbita terrestre bassa che incrementa la resistenza aerodinamica variando la superficie maestra del satellite (domanda di brevetto RM2005A000471). Tale sistema è stato qualificato per il lancio ed imbarcato a bordo di UNISAT-4.
L’analisi della dinamica orbitale di costellazioni di microsatelliti del tipo UNISAT è stata affrontata nella progettazione di una costellazione di microsatelliti per l’individuazione dei detriti in orbita terrestre bassa e anche nella progettazione di una costellazione per l’individuazione tempestiva di incendi durante un progetto congiunto con il Keldish Institute of Applied Mathematics (KIAM) dell’Accademia Russa delle Scienze di Mosca (Federazione Russa) per lo studio di un microsatellite (Hypsat) in grado di fornire misure iperspettrali.
Durante la partecipazione ai progetti UNISAT-2, UNISAT-3 ed UNISAT-4 si è avuta la possibilità di progettare, realizzare e provare il sistema di potenza del microsatellite UNISAT-3 (Pannelli solari con celle al silicio di comune utilizzo terrestre, con celle al silicio qualificate per ambiente spaziale, con celle a tripla giunzione, batterie NiCd), l’elettronica di bordo per la gestione della telemetria (multiplexing, condizionamento e gestione dei segnali raccolti dai sensori di bordo) di UNISAT 3, un sistema di inseguimento del picco di potenza per pannelli solari (MPPT, Maximum Peak Power Tracking e di partecipare all’integrazione ad UNISAT-4 di una Sonda tripla per l’analisi in-situ dei parametri di plasma ionosferico. Inoltre si è avuta l’opportunità di partecipare alla campagna di test (vibrazione, vuoto, simulatore solare), al fit-check (Dnepropetrovsk, Ucraina) e alla fase finale di integrazione sul lanciatore (Cosmodromo di Baikonour) dei microsatelliti UNISAT-3 e UNISAT-4.
Sono stati progettati e realizzati i prototipi e analizzato il power budget del sistema fotovoltaico e delle batterie del microsatellite ALMASAT. Questo studio ha richiesto l’analisi accurata dell’orbita del satellite e ha condotto alla realizzazione di un brevetto (domanda di brevetto RM2008A000198) volto alla produzione di pannelli solari con celle solari integrate direttamente alle schede elettroniche senza utilizzo di colle e procedure di pannellizzazione.
E’ stato realizzato il microsatellite EPSILON tramite rapid prototyping, e si è analizzata la possibilità di utilizzare concentratori solari per la produzione di energia in orbita.
La ricerca nel campo dei sistemi robotici spaziali, iniziata nel 2006 presso il nuovo laboratorio di robotica spaziale della II Facoltà di Ingegneria dell’Università di Bologna, ha portato alla realizzazione di un rover esapode usato come banco di prova per sistemi di guida e navigazione autonomi. Per quello che riguarda i sistemi di navigazione si è lavorato sull’integrazione di misure GPS con misure inerziali per simulare l’integrità del segnale in assenza di segnale GPS e sullo sviluppo di algoritmi per l’identificazione dell’ambiguità nella determinazione della posizione tramite sistemi GPS differenziali. I sistemi di navigazione inerziale e visiva sono stati provati a bordo del pallone stratosferico BEXUS-9, sul quale si è imbarcata una IMU (Inertial Measurement Unit) per la misura delle accelerazioni traslazionali e delle velocità rotazionali ed una microcamera per l’acquisizione delle immagini. Questo esperimento ha permesso di valutare le prestazioni dei sistemi di navigazione utilizzati in ambiente ostile. Gli algoritmi di guida autonoma vengono provati tramite un rover esapode, controllabile anche in remoto da un operatore o da un PC capace di ricevere ed analizzare autonomamente la telemetria ricevuta. I sensori di navigazione, oltre a sistemi GPS, comprendono due telecamere per l’identificazione degli obiettivi tramite visione stereoscopica, un radar ad infrarossi e sensori di contatto sulle zampe per l’identificazione degli ostacoli . Al rover è stato anche installato un braccio meccanico controllato in remoto tramite un telecomando capace di riprodurre il movimento di un braccio umano.
Recentemente sono stati provati a bordo di pallone stratosferico i sistemi di radionavigazione VOR ed è in fase di progettazione un sistema automatico di movimentazione di un antenna per telecomunicazioni da provare ancora su pallone stratosferico.