Study plan for the academic year 2024/2025


Elenco delle attività formative previste per i dottorandi del primo anno
Applications of complex analysis and partial differential equations
data presunta: 4 mesi - tipologia: riconducibile al progetto formativo - modalità di erogazione: Ex-cathedra - numero ore: 48
docente del corso: Giorgio Riccardi qualifica: Professore affiliazione: Italiana
programma delle attività: Nella prima parte 1) vengono presentati alcuni strumenti elementari dell’Analisi Comp- lessa (derivata complessa, condizioni di Cauchy-Riemann, teorema di Cauchy sulle funzioni olomorfe, serie di Laurent, teorema dei residui). Questi vengono poi utilizzati per calco- lare integrali definiti, ed, in particolare, per le trasformazioni integrali di Fourier 2) e di Laplace 3), di grande importanza ingegneristica. Infine, dopo aver accennato ad alcuni criteri di classificazione delle equazioni differenziali alle derivate parziali, nell’ultima parte del corso 4) le trasformazioni integrali vengono utilizzate per risolvere problemi lineari alle derivate parziali. Allo studente viene chiesto di realizzare applicazioni teorico/numeriche per ognuna delle quattro parti del corso. Gli elaborati sono poi oggetto di discussione collettiva, e consentono al docente di valutare l’impegno ed il grado di apprendimento di ciascuno.
modalità di accertamento finale: Valutazione elaborati prodotti durante il corso
Introduzione al linguaggio Python
data presunta: 2 mesi - tipologia: perfezionamento informatico - modalità di erogazione: Ex-cathedra - numero ore: 24
docente del corso: Francesco Salvadore qualifica: Studioso o esperto di enti di ricerca affiliazione: Italiana
programma delle attività: 1. Introduction a. Introduction to Python b. Introduction to Jupyter 2. Environment 3. Basics a. Types b. Conditionals (if) c. Minimal I/O 4. Control flow a. while b. for c. break, continue, pass d. range 5. Functions a. Basics b. Passing arguments c. Passing functions d. Modules e. Math module 6. Containers - I part a. basics b. list, tuple and set c. for loops and containers d. functions with containers e. matplotlib 7. Strings and I/O a. string handling b. file management c. encoding and decoding 8. Containers - II part a. dictionary b. container management 9. Standard Library, introspection, and environment a. standard library i. os ii. argparse iii. datetime iv. logging v. subprocess b. basic introspection and docs 10. Decorators 11. Error handling 12. Classes a. short introduction b. inheritance 13. Iterables, iterators and generators
modalità di accertamento finale: NA
The gravity field of a planetary body: how is it described?
data presunta: 2 mesi - tipologia: riconducibile al progetto formativo - modalità di erogazione: Ex-cathedra - numero ore: 16
docente del corso: Daniele Durante qualifica: Ricercatore affiliazione: Italiana
programma delle attività: The study of a planetary gravity field is important to understand the interior of the body and to characterize its internal processes and dynamical response. Different classes of planetary bodies exist, each having its peculiar gravity field: terrestrial planets, gaseous planets, icy satellites, and small bodies, such as asteroids or comets. In order to fully characterize the gravity field of a planetary body, an adequate mathematical description is fundamental. Spherical harmonics are a common tool used to describe the gravitational potential, but for highly aspherical bodies, such as asteroids, different tools have been developed. The mathematical model shall also provide a description of dynamical phenomena, such as Earth’s glacier and water movements, seasonal variation of Mars’ polar caps, gravitational tides, and normal modes, especially important for gaseous planets. Outline • • • • • • • • A survey of planetary gravity fields Mathematical description of the gravitational potential Hydrostatic equilibrium of a synchronously rotating satellite Regularization scheme for terrestrial planets: the Kaula rule The gravity field of gaseous giants How to describe dynamical effects? Gravitational tides Normal modes in gaseous planets
modalità di accertamento finale: NA
Nonlinear Spacecraft Attitude Control
data presunta: 3 mesi - tipologia: riconducibile al progetto formativo - modalità di erogazione: Ex-cathedra - numero ore: 30
docente del corso: Fabio Celani qualifica: Professore affiliazione: Italiana
programma delle attività: Learning objectives: Spacecraft attitude equations are in most situations given by nonlinear differential equations. However, spacecraft attitude control laws are often designed using linear control design techniques. As a result, their effectiveness can be guaranteed only for small attitude angles and small angular velocities since in that situation a linear approximation of the attitude equations can be employed. However, there are occasions when the spacecraft motion involves large attitude angles and large angular velocities. For those motions, the full nonlinear attitude equations must be used for evaluating the effectiveness of attitude control laws. In this course basic results on Lyapunov stability theory will be presented and applied to nonlinear spacecraft attitude control. Syllabus (tentative): spacecraft detumbling, stability of nonlinear systems, Lyapunov theorems, nonlinear spacecraft attitude regulation, La Salle’s theorem, Lyapunov indirect method. Bibliography Anton H. J. de Ruiter, Christopher J. Damaren, James R. Forbes. Spacecraft dynamics and control: an introduction, Wiley, 2013. Hanspeter Schaub, John L. Junkins. Analytical Mechanics of Space Systems, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2009. Bong Wie. Space Vehicle Dynamics and Control, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2008.
modalità di accertamento finale:

Eventuali maggiori informazioni piano form. 1°a I dottorandi del primo anno sono tenuti a partecipare alle attività formative previste dal Collegio e a quelle concordate con il proprio comitato di tesi. Queste attività possono essere svolte anche nell'ambito dei corsi offerti dalle Lauree Magistrali di Sapienza. All’inizio del primo anno, ogni studente deve definire un piano di studi coerente con le tematiche della propria ricerca, indicando la lista dei corsi che intende frequentare, includendo un programma sintetico di ogni corso prescelto, in accordo con i criteri seguenti:

1) Almeno 6 CFU tra gli insegnamenti delle Lauree Magistrali dell'Ateneo sulle tematiche:
- Analisi di sistemi dinamici (lineari e/o non lineari)
- Geometria differenziale
- Analisi tensoriale
- Metodi perturbativi
- Metodi di ottimizzazione
- Controllo robusto
- Statistica
- Teoria dei segnali
- Artificial Intelligence, Machine Learning, Deep Learning

2) Almeno 6 CFU a scelta dello studente tra gli insegnamenti erogati nelle Lauree Magistrali dell'Ateneo.

3) Almeno 6 CFU a scelta dello studente tra gli insegnamenti erogati da membri del collegio dei docenti.

Oltre all'attività formativa sono previsti seminari/letture di docenti del corso di dottorato. I dottorandi del primo anno saranno invitati a partecipare a convegni e congressi nazionali ed internazionali, per i quali è prevista una copertura parziale delle spese.

Saranno previste attivita' di formazione interdisciplinare, multidisciplinare e transdisciplinare di perfezionamento linguistico e informatico, nonche' attivita' nel campo della didattica, della gestione della ricerca e della conoscenza dei sistemi di ricerca europei e internazionali, della valorizzazione e disseminazione dei risultati, della proprieta' intellettuale e dell'accesso aperto ai dati e ai prodotti della ricerca e dei principi fondamentali di etica e integrita'.

Saranno organizzati incontri con i principali esponenti delle aziende aerospaziali italiane e estere, e dei principali enti di ricerca, che serviranno a completare e caratterizzare la formazione dei dottorandi iscritti ai due curricula del dottorato.
Modalità di scelta dell'argomento della tesi: Ogni dottorando, nel corso del primo anno, deve concordare con il collegio dei docenti la scelta di un comitato di tesi, comprensivo di un tutor e eventuali correlatori. Per i dottorandi afferenti al curriculum industriale, del comitato di tesi possono fare parti esponenti delle aziende aerospaziali di riferimento per le attività di ricerca.

Successivamente, e in accordo con il proprio comitato di tesi, il dottorando propone un proprio progetto di ricerca originale, dal quale si deve poter evincere lo scopo del lavoro e le metodologie di analisi che si intendono mettere in essere.
Modalità delle verifiche per l'ammissione all'anno successivo Al termine del primo anno, il candidato presenta per iscritto ed espone in seduta pubblica:

a) un rendiconto delle attività svolte, inclusi corsi e seminari seguiti, e congressi o altre attività formative alle quali di è partecipato;

b) una relazione sulla e/o sulle tematiche di ricerca verso le quali orientare la propria attività futura.

In tale relazione devono essere chiaramente evidenti i seguenti punti:

- tipologia della ricerca (teorica, sperimentale, progettuale, ...);

- eventuale ulteriore approfondimento di discipline necessarie per condurre la ricerca;

- analisi dello stato dell’arte sugli argomenti relativi alla ricerca, documentata dalla relativa bibliografia;

- quale contributo ci si aspetta dalla e/o dalle ricerche proposte;

- prospetto delle risorse, distinte tra quelle già disponibili, quelle necessarie e quelle auspicabili.

Il Collegio dei Docenti valuta quindi l’attività svolta e delibera sull’ammissione del candidato al 2° anno del Corso di Dottorato, motivando la decisione presa, tenendo anche conto delle differenze di contenuti e obiettivi formativi previsti per i due curricula del dottorato.
Momenti di presentazione, di scambio e di discussione dei risultati di ricerca da parte dei dottorandi Il dottorato organizza degli "splash talk" di metà anno, nel corso dei quali ciascun dottorando condivide con tutti gli altri i risultati delle proprie attività di ricerca, con l'obiettivo di promuovere scambi e integrazioni di informazioni. Il dottorato incoraggia inoltre la creazione di gruppi di dottorandi sui principali social media.
Attività formative, non incluse nella didattica programmata di cui ai punti precedenti, di docenti con affiliazione estera e/o di studiosi ed esperti sia italiani che stranieri provenienti da enti di ricerca, aziende e da istituzioni culturali e sociali Il dottorato organizza regolarmente seminari tenuti da docenti visitatori, e da esperti di enti di ricerca e aziende del campo aerospaziale.

Elenco delle attività formative previste per i dottorandi del secondo anno
Risk theory in aerospace engineering
data presunta: 1 mese - tipologia: riconducibile al progetto formativo - modalità di erogazione: Ex-cathedra - numero ore: 8
docente del corso: Rocco Cerchiara qualifica: Studioso o esperto di aziende o istituzioni culturali o sociali affiliazione: Italiana
programma delle attività:   Part I: Loss distributions o Individual and Collective Risk Theory o Frequency Models o Severity Models and Extreme Value Theory o Compound Aggregate Models and Fast Fourier Transform o Analytical vs numerical methods – new developments with Machine Learning Part II: Focus on Risk Theory topics for engineering o Extreme Value Theory in engineering decision making o Fourier series solution for inverse design of aerodynamic shapes o Fast Fourier Transform and reliability analysis of aeroengine Blades o Satellite Data and Machine Learning
modalità di accertamento finale: NA
Introduction to high-performance computing
data presunta: 1 mese - tipologia: perfezionamento informatico - modalità di erogazione: Ex-cathedra - numero ore: 8
docente del corso: Giorgio Amati qualifica: Studioso o esperto di enti di ricerca affiliazione: Italiana
programma delle attività: 1. Introduzione  Cosa è l’HPC  Prestazioni (esempio matrice-matrice)  Legge di Moore e trend tecnologici 2. HPC: Elementi fondamentali  Modello di Von Neumann  Sistema di Memoria  Cache e suo sfruttamento  Floating point unit 3. Algoritmi ed implementazioni  Complessità  Roofline model  Esempio: Travel Salesman Problem  Esempio: Crivello di Eratostene 4. Il Compilatore  Il compilatore: come funziona  Trasformazioni consentite  Trasformazioni non consentite  Precisione: singola vs. doppi  I/O 5. Hw e linguaggi di programmazione parallele  Shared e Distributed Memory  GPU & CPU  OpenMP (cenni)  Do concurrent/standard parallelism (cenni)  OpenACC (cenni)  OpenMP Offload (cenni)  Message Passing (cenni) 6. Conclusioni e commenti 1. Esercitazione 1:  prodotto matrice matrice (su laptop) 2. Esercitazione 2:  LBM2D (su GPU, Leonardo, singola GPU)
modalità di accertamento finale: NA
Computer vision
data presunta: 1 mese - tipologia: riconducibile al progetto formativo - modalità di erogazione: Ex-cathedra - numero ore: 8
docente del corso: Leonardo Parisi qualifica: Studioso o esperto di enti di ricerca affiliazione: Italiana
programma delle attività: Lezione 1 - Introduction to the course A bit of history What computer vision is Introduction to deep learning Lezione 2 - Image Processing Image noise reduction Image enhancement Thresholding The morphological operators Hough transform Edge detection Lezione 3 - Structural Analysis Find Contours Approximates a polygonal curve Convex hull Connected component Lezione 4 - Practical examples Watershed algorithm GrubCut algorithm
modalità di accertamento finale: NA
Methods for the analysis of multi-scale systems
data presunta: 1 mese - tipologia: riconducibile al progetto formativo - modalità di erogazione: Ex-cathedra - numero ore: 8
docente del corso: Mauro Valorani qualifica: Professore affiliazione: Italiana
programma delle attività: Module 1: Introduction to Multi-scale Systems Understanding multi-scale phenomena Examples of multi-scale systems in different disciplines Challenges in analyzing multi-scale systems Module 2: Mathematical Foundations Review of mathematical concepts relevant to multi-scale analysis Introduction to scaling laws and dimensionality reduction Mathematical tools for representing and characterizing multi-scale systems Module 3: Numerical Methods Overview of numerical methods for solving multi-scale problems Finite difference, finite element, and other numerical techniques Adaptive mesh refinement for capturing multi-scale features Module 4: Statistical Methods Introduction to statistical tools for analyzing multi-scale data Probability distributions and stochastic processes Statistical inference in the context of multi-scale systems Module 5: Computational Approaches Agent-based modeling and simulations Cellular automata and lattice-based models High-performance computing for large-scale simulations Module 6: Time and Frequency Domain Analysis Time-domain analysis of dynamic systems Fourier analysis and wavelet transforms for capturing different scales Applications of time-frequency analysis in multi-scale systems Module 7: Case Studies and Applications Real-world applications of multi-scale analysis in biology, physics, engineering, and more Guest lectures from experts in specific domains Student presentations on relevant case studies Module 8: Advanced Topics Advanced techniques in multi-scale analysis Nonlinear dynamics and chaos in multi-scale systems Emerging trends and research directions
modalità di accertamento finale: NA

Eventuali maggiori informazioni piano form. 2° Le attività formative per il secondo anno sono concordate tra il dottorando, il comitato di tesi e il Collegio dei Docenti, in modo calibrato sulle esigenze relative al progetto di ricerca di ciascun dottorando. E' prevista la partecipazione ai seminari tenuti od organizzati periodicamente dai docenti del Collegio.
I dottorandi iscritti al secondo anno di corso saranno invitati a partecipare a convegni e congressi nazionali ed internazionali, per i quali è prevista una copertura parziale delle spese.
Modalità delle verifiche per l'ammissione all'anno successivo Al termine del secondo anno, il candidato consegna per iscritto al Collegio dei Docenti e presenta in seduta pubblica:

-un rendiconto dell’attività svolta;

-un rapporto scientifico dettagliato del lavoro di ricerca condotto;

-il programma di ricerca che sarà argomento portante della propria Tesi di Dottorato.

Il Collegio dei Docenti, quindi, per ciascun dottorando:

-valuta l’attività complessivamente svolta;
-delibera sull’ammissione del candidato al 3° anno del Corso di Dottorato, motivando la decisione presa. Tale valutazione tiene in conto le differenze di contenuti e obiettivi formativi previsti per i due curricula del dottorato;

-delibera, per gli ammessi, in merito al programma di ricerca che costituisce l'argomento portante della Tesi di Dottorato.
Momenti di presentazione, di scambio e di discussione dei risultati di ricerca da parte dei dottorandi Il dottorato organizza degli "splash talk" di metà anno, nel corso dei quali ciascun dottorando condivide con tutti gli altri i risultati delle proprie attività di ricerca, con l'obiettivo di promuovere scambi e integrazioni di informazioni. Il dottorato incoraggia inoltre la creazione di gruppi di dottorandi sui principali social media.
Attività formative, non incluse nella didattica programmata di cui ai punti precedenti, di docenti con affiliazione estera e/o di studiosi ed esperti sia italiani che stranieri provenienti da enti di ricerca, aziende e da istituzioni culturali e sociali Il dottorato organizza regolarmente seminari tenuti da docenti visitatori, e da esperti di enti di ricerca e aziende del campo aerospaziale.

Elenco delle attività formative previste per i dottorandi del terzo anno
The making of Space Launch Vehicles
data presunta: 2 mesi - tipologia: riconducibile al progetto formativo - modalità di erogazione: Ex-cathedra - numero ore: 16
docente del corso: Agostino Neri qualifica: Studioso o esperto di aziende o istituzioni culturali o sociali affiliazione: Italiana
programma delle attività: The short course is designed to provide an overview of advanced elements of launch vehicle design, covering the system and subsystem design functions and disciplines. The course aims to integrate the skills acquired in classical engineering courses with non-classical engineering topics such as manufacturing, launch complex and range facilities, testing, reliability and cost estimation. In addition, the course will provide an overview of the application of the skills acquired in classical engineering courses (e.g. vehicle performance and staging, trajectory analysis, ground and flight loads, aerodynamics, structures and layout, sizing and mass properties, stability and control) from the industrial designer's point of view. The course is structure to promote interaction among lecturer and students, supported by homework on specific topics. Work Plan and Lectures Table of Contents:        Course Introduction, Operations and Design Process; History of Space Launch Vehicles; Overview of main classical engineering disciplines: vehicle performance and staging, trajectory analysis, aerodynamics, ground and flight loads, structures and layout, stability and control; Launcher sizing, Mass Properties & Budget; Manufacturing Processes, Product Assurance & Safety; Vehicle and Ground Systems, and facilities; Testing, Reliability, and Redundancy.
modalità di accertamento finale: NA
Gestione, Governance e Geopolitica dei Programmi Spaziali
data presunta: 2 mesi - tipologia: trasferimento tecnologico/imprenditoria - modalità di erogazione: Ex-cathedra - numero ore: 16
docente del corso: Marcello Spagnulo qualifica: Studioso o esperto di aziende o istituzioni culturali o sociali affiliazione: Italiana
programma delle attività: Il Corso di Gestione, Governance e Geopolitica dei programmi spaziali si articola all’interno del Dottorato in una serie di incontri in presenza per un totale di sedici (16) ore di corso. Primo Modulo – Governance del settore Spazio Nel modulo verranno descritte le differenti metodologie di Governance dello Spazio degli stati, il ruolo delle agenzie civili e militari, il ruolo della nuova imprenditoria privata 4 ore Secondo Modulo – Global Policy e Geopolitica Nel modulo verrà descritto il quadro geopolitico delle attività spaziali, e quello normativo e regolamentare con particolare riferimento alle nuove sfide geopolitiche tra stati e ai problemi di sicurezza e sostenibilità 4 ore Terzo Modulo 4 ore – Economia dello Spazio Nel modulo verrà descritta l’evoluzione della cosiddetta Space Economy, cioè dell’economia mondiale relativa allo sfruttamento dei satelliti dagli anni ’80 a oggi, il ruolo degli operatori commerciali e governativi nel mercato e il ruolo emergente della nuova imprenditoria privata 4 ore Quarto Modulo – Elementi di gestione dei programmi spaziali Nel modulo verranno descritti gli elementi principali del management dei programmi spaziali, dal progetto, alla proposta alla realizzazione 4 ore
modalità di accertamento finale: NA

Eventuali maggiori informazioni piano form. 3° E' prevista la partecipazione ai seminari tenuti od organizzati periodicamente dai docenti del Collegio.
I dottorandi del terzo anno saranno invitati a partecipare a convegni e congressi nazionali ed internazionali, per i quali è prevista una copertura parziale delle spese.
Modalità di ammissione all'esame finale Entro la fine del mese di Giugno, il collegio nomina due revisori interni per ciascun candidato e due revisori esterni.

Alla fine del mese di Luglio il candidato tiene una presentazione finale di fronte al collegio dei docenti (30 min).

Entro la fine del mese di Agosto, il candidato consegna la bozza di tesi ai revisori interni.

Entro la fine del mese di Settembre, i revisori interni inviano al candidato eventuali suggerimenti di modifica rispetto all'elaborato di tesi.

Entro la fine del mese di Ottobre, la tesi - rivista sulla base dei commenti ricevuti - è inviata ai due revisori esterni.

A metà Dicembre, i revisori esterni inviano il loro giudizio sulla tesi e ammettono il candidato all’esame finale, o rimandano di sei mesi la presentazione del candidato all’esame finale.
Nel primo caso, la discussione finale viene effettuata entro la fine di Gennaio.

Nel secondo caso:

a) la nuova versione della tesi va consegnata entro la fine di Giugno;

b) la nuova risposta dei referees deve essere ricevuta entro la fine di Luglio;
Modalità di svolgimento dell'esame finale L'esame si svolge di fronte ad una commissione di 3 esperti italiani nominati dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale dell'Università La Sapienza su proposta del Collegio.

Nel caso di candidato per il titolo di Doctor Europaeus, l’esame si svolge di fronte ad una commissione formata da 3 esperti italiani ed un esperto straniero, nominati dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale dell'Università La Sapienza su proposta del Collegio.
Momenti di presentazione, di scambio e di discussione dei risultati di ricerca da parte dei dottorandi Il dottorato organizza degli "splash talk" di metà anno, nel corso dei quali ciascun dottorando condivide con tutti gli altri i risultati delle proprie attività di ricerca, con l'obiettivo di promuovere scambi e integrazioni di informazioni. Il dottorato incoraggia inoltre la creazione di gruppi di dottorandi sui principali social media.
Attività formative, non incluse nella didattica programmata di cui ai punti precedenti, di docenti con affiliazione estera e/o di studiosi ed esperti sia italiani che stranieri provenienti da enti di ricerca, aziende e da istituzioni culturali e sociali Il dottorato organizza regolarmente seminari tenuti da docenti visitatori, e da esperti di enti di ricerca e aziende del campo aerospaziale.

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