Progetto e realizzazione di un dispositivo di controllo e gestione remoto per un sistema di tracking satellitare (ALMATracker)

La seguente tesi presenta lo sviluppo di un sistema di controllo e gestione remota per il tracking di un satellite. Il progetto, denominato ALMATracker, è sviluppato dal corso di Ingegneria Aerospaziale della scuola di Ingegneria e Architettura Aerospaziale dell’Università di Bologna con sede a Forlì. Consiste nella creazione di una motorizzazione per antenne su due assi, movimentata da un hardware commerciale programmabile. Il posizionamento può essere eseguito sia manualmente, su richiesta di un utente da PC remoto, sia automaticamente secondo un’orbita preimpostata. I setpoint di velocità o posizione sono elaborati dal sistema fino ad ottenere un segnale che procede alla movimentazione in velocità dell’antenna. Il comando automatico, invece, orienta l’antenna in modo tale da mantenerla fissa su una traiettoria orbitale di uno specifico spacecraft. La movimentazione automatica segue funzioni polinomiali fornite dall’utente, ricavate da software di propagazione e predizione esterno al sistema ALMATracker. In questo caso il sistema deve procedere alla rotazione mantenendo la velocità richiesta dalla funzione polinomiale. Il controllo effettuato in catena chiusa è attuato tramite una serie di trasduttori di posizione presenti nel sistema.

Electromagnetic simulation and measurement of diffuse scattering from building walls

Il fenomeno dello scattering diffuso è stato oggetto di numerosi studi nell’arco degli ultimi anni, questo grazie alla sua rilevanza nell’ambito della propagazione elettromagnetica così come in molti altri campi di applicazione (remote sensing, ottica, fisica, etc.), ma la compresione completa di questo effetto è lungi dall’essere raggiunta. Infatti la complessità nello studio e nella caratterizzazione della diffusione deriva dalla miriade di casistiche ed effetti che si possono incontrare in un ambiente di propagazione reale, lasciando intuire la necessità di trattarne probabilisticamente il relativo contributo. Da qui nasce l’esigenza di avere applicazioni efficienti dal punto di vista ingegneristico che coniughino la definizione rigorosa del fenomeno e la conseguente semplificazione per fini pratici. In tale visione possiamo descrivere lo scattering diffuso come la sovrapposizione di tutti quegli effetti che si scostano dalle classiche leggi dell’ottica geometrica (riflessione, rifrazione e diffrazione) che generano contributi del campo anche in punti dello spazio e direzioni in cui teoricamente, per oggetti lisci ed omogenei, non dovrebbe esserci alcun apporto. Dunque l’effetto principale, nel caso di ambiente di propagazione reale, è la diversa distribuzione spaziale del campo rispetto al caso teorico di superficie liscia ed omogenea in congiunzione ad effetti di depolarizzazione e redistribuzione di energia nel bilancio di potenza. Perciò la complessità del fenomeno è evidente e l’obiettivo di tale elaborato è di proporre nuovi risultati che permettano di meglio descrivere lo scattering diffuso ed individuare altresì le tematiche sulle quali concentrare l’attenzione nei lavori futuri. In principio è stato quindi effettuato uno studio bibliografico così da identificare i modelli e le teorie esistenti individuando i punti sui quali riflettere maggiormente; nel contempo si sono analizzate le metodologie di caratterizzazione della permittività elettrica complessa dei materiali, questo per valutare la possibilità di ricavare i parametri da utilizzare nelle simulazioni utilizzando il medesimo setup di misura ideato per lo studio della diffusione. Successivamente si è realizzato un setup di simulazione grazie ad un software di calcolo elettromagnetico (basato sul metodo delle differenze finite nel dominio del tempo) grazie al quale è stato possibile analizzare la dispersione tridimensionale dovuta alle irregolarità del materiale. Infine è stata condotta una campagna di misure in camera anecoica con un banco sperimentale realizzato ad-hoc per effettuare una caratterizzazione del fenomeno di scattering in banda larga.

Validazione sperimentale di un modello ray tracing in ambienti indoor

Il trattato sottolinea quanto sia indispensabile avere un confronto fra le simulazioni numeriche effettuate col metodo Ray Tracing e le campagne di misure sperimentali. Sebbene le simulazioni numeriche comportino un impiego di tempo e risorse oneroso, una volta impostate risultano molto versatili e rapide nell'apportare cambiamenti ai relativi settaggi e ambiente di propagazione.

Dispersive wave solutions of the klein-gordon equation in cosmology

L'equazione di Klein-Gordon descrive una ampia varietà di fenomeni fisici come la propagazione delle onde in Meccanica dei Continui ed il comportamento delle particelle spinless in Meccanica Quantistica Relativistica. Recentemente, la forma dissipativa di questa equazione si è rivelata essere una legge di evoluzione fondamentale in alcuni modelli cosmologici, in particolare nell'ambito dei cosiddetti modelli di k-inflazione in presenza di campi tachionici. L'obiettivo di questo lavoro consiste nell'analizzare gli effetti del parametro dissipativo sulla dispersione nelle soluzioni dell'equazione d'onda. Saranno inoltre studiati alcuni tipici problemi al contorno di particolare interesse cosmologico per mezzo di grafici corrispondenti alle soluzioni fondamentali (Funzioni di Green).

L'equazione del mezzo poroso: proprieta matematiche e applicazioni fisiche

In questa tesi viene presentata una breve trattazione matematica dell' equazione del mezzo poroso. Questa è uno dei più semplici esempi di PDE parabolica non lineare e degenere, che appare nella descrizione di molti fenomeni naturali, legati alla diffusione, filtrazione e propagazione del calore. I risultati sono confrontati con quelli ben noti del modello parabolico classico. Una particolare attenzione è rivolta alla proprietà matematica di propagazione finita che contrasta con il paradosso della velocità infinita, tipico del modello parabolico lineare.

Valutazione numerica degli effetti di tensioni di compressione sulla vita a fatica di componenti metallici

Breve introduzione sulla meccanica della frattuta, in particolare la propagazione delle cricche a fatica e le tensioni residue. Processo di Laser Shock Peening per l'introduzione di stress residui di compressione e relative prove su software Afgrow.

La valutazione dell'effetto domino: L'approccio di una azienda a rischio di incidente rilevante

Nell’ambito delle problematiche relative agli impianti a rischio di incidente rilevante, riscontra particolare interesse l’analisi dell’effetto domino, sia per la grande severità delle conseguenze degli eventi incidentali che esso comporta, sia per l’indeterminazione ancora presente nelle metodologie di analisi e di valutazione del fenomeno stesso. Per effetto domino si intende la propagazione di un evento incidentale primario dall’apparecchiatura dalla quale ha avuto origine alle apparecchiature circostanti, che diventano sorgenti di eventi incidentali secondari. Infatti elevati valori dell’irraggiamento, della sovrappressione di picco ed il lancio di proiettili, imputabili all’evento primario, possono innescare eventi secondari determinando una propagazione a catena dell’incidente così come si propaga la catena di mattoncini nel gioco da tavolo detto “domino”. Le Direttive Europee 96/82/EC e 2012/18/EU denominate, rispettivamente “Seveso II” e “Seveso III” stabiliscono la necessità, da parte del gestore, di valutare l’effetto domino, in particolare in aree industriali ad elevata concentrazione di attività a rischio di incidente rilevante. L’analisi consiste nel valutare, in termini di frequenza e magnitudo, gli effetti indotti su apparecchiature cosiddette “bersaglio” da scenari incidentali che producono irraggiamenti, onde di pressione e lancio di proiettili. Il presente lavoro di tesi, svolto presso lo stabilimento di Ravenna di ENI Versalis, ha lo scopo di presentare una metodologia per l’analisi dell’effetto domino adottata in un caso reale, in mancanza di un preciso riferimento normativo che fissi i criteri e le modalità di esecuzione di tale valutazione. Inoltre esso si presta a valutare tutte le azioni preventive atte a interrompere le sequenze incidentali e quindi i sistemi di prevenzione e protezione che possono contrastare un incidente primario evitando il propagarsi dell’incidente stesso e quindi il temuto effetto domino. L’elaborato è strutturato come segue. Dopo il Capitolo 1, avente carattere introduttivo con l’illustrazione delle linee guida e delle normative in riferimento all’effetto domino, nel Capitolo 2 sono descritte le principali tecniche di analisi di rischio che possono essere utilizzate per l’individuazione degli eventi incidentali credibili ovvero degli eventi incidentali primari e della loro frequenza di accadimento. Nel Capitolo 3 vengono esaminati i criteri impiegati da ENI Versalis per la valutazione dell’effetto domino. Nei Capitoli 4 e 5 sono descritti gli iter tecnico-procedurali messi a punto per la progettazione della protezione antincendio, rispettivamente attiva e passiva. Nel Capitolo 6 viene approfondito un aspetto particolarmente critico ovvero la valutazione della necessità di dotare di protezione le tubazioni. Nel Capitolo 7 viene illustrata la progettazione antifuoco di un caso di studio reale dello stabilimento ENI Versalis di Ravenna: l’unità di Idrogenazione Selettiva. Infine nel Capitolo 8 sono riportate alcune considerazioni conclusive.

Valutazione di tecniche di copertura per futuri sistemi wireless indoor

Si è scelto di analizzare in modo approfondito tecniche di copertura radio e di trasmissione basate sull’uso di array di antenne ( facenti parte della famiglia Multiple Input Multiple Output, MIMO) in alcune tipologie tipiche di scenari indoor, come ad esempio ambienti commerciali o uffici in strutture multipiano. Si è studiato l’utilizzo di array di antenne di varie tipologie e a varie frequenze per implementare tecniche di diversità oppure tecniche a divisione di spazio (beam-switching, beamforming) per servire contemporaneamente utenti in diverse celle o in diversi settori senza ricorrere ad altre tecniche di divisione (di frequenza, tempo o codice), che invece verranno utilizzate in conbinazione combinate in sistemi di futura generazione.

Modelli diffusivi ed effetti di ritardo nella conduzione del calore e nella dinamica delle popolazioni.

In questi tesi viene studiata la teoria classica di diffusione del calore come modello parabolico per cui viene calcolata una soluzione attraverso il metodo di separazione delle variabili e il metodo delle onde dispersive. Viene poi affrontata la teoria alternativa proposta da Cattaneo del modello iperbolico del calore, allo scopo di superare il paradosso di velocità di propagazione infinita. Si conclude con alcuni esempi in cui lo stesso ragionamento viene applicato in diverse teorie diffusive e di reazione-diffusione in ambiti bio-matematici, come ad esempio la dinamica delle popolazioni.

Il fenomeno del fretting in elementi albero-mozzo soggetti a flessione rotante indagato tramite controlli non distruttivi e analisi al microscopio

L'usura da fretting è un fenomeno che accompagna il comportamento a fatica dei componenti, in accoppiamenti per interferenza. Essa è dovuta allo slittamento relativo delle superfici accoppiate e comporta la riduzione della vita a fatica. In questo elaborato si parte da conoscenze pregresse riguardanti la morfologia delle superfici soggette a fretting e si cerca di individuare caratteristiche peculiari in provini albero-mozzo soggetti a flessione rotante, con prove di fatica a vita interrotta. Vengono utilizzati i fluidi penetranti per individuare cricche in fase di propagazione e per determinare un piano di sezione longitudinale ottimale dei provini, per poter osservare le superfici periferiche dei pezzi usurati. Infine vengono sfruttati i microscopi ottico e multifocale per osservare più approfonditamente il fenomeno.

Confronto tra stime GPS e SAR di deformazioni del suolo e di ritardi troposferici

Il Global Positioning System (GPS) e l’Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) sono due tecniche osservative di grande importanza che utilizzano segnali nel campo delle microonde. Questa tesi intende contribuire a sviluppare una base di confronto tra i risultati derivati da queste due tecniche osservative. Una parte del lavoro riguarda uno studio delle deformazioni del suolo, in particolare, la stima dei movimenti verticali e di quelli che riguardano la componente Est della posizione delle stazioni. Un secondo ambito di ricerca è invece focalizzato alla determinazione del ritardo introdotto, nella propagazione dei segnali GPS e SAR, dal loro passaggio in atmosfera. In particolare, si è studiato l’effetto della componente umida della troposfera.

Studi epidemiologici su Pseudomonas syringae pv.actinidiae agente causale del cancro batterico in actinidia

Il cancro batterico dell’actinidia causato da Pseudomonas syringae pv.actinidiae (Psa) suscita grande interesse a livello globale a partire dal 2008. La malattia è comparsa in Giappone e in due anni ha avuto una diffusione epidemica in tutte le aree di coltivazione mondiale di actinidia. Gravi perdite economiche hanno attirato l’attenzione internazionale su questa problematica e grandi sforzi sono stati rivolti allo studio di questo patosistema ancora poco conosciuto. E’ emerso infatti che il patogeno può rimanere in fase latente per lunghi periodi senza causare sintomi caratteristici nelle piante infette, e che dalla comparsa dei sintomi la pianta muore nell’arco di un paio d’anni. Il monitoraggio ed il controllo della situazione è perciò di fondamentale importanza ed è ancora più importante prevenire la comparsa di nuovi focolai di infezione. A questo proposito sarebbe opportuno l’impiego di materiale vegetale di propagazione non infetto, ma in molti casi questo diventa difficile, dal momento che il materiale impiegato è generalmente quello asintomatico, non analizzato precedentemente per la presenza del patogeno. Negli ultimi anni sono state perciò messe a punto molte tecniche molecolari per l’identificazione di Psa direttamente da materiale vegetale. L’obiettivo di questo lavoro è stato quello di studiare l’epidemiologia di Psa in piante adulte infette e di verificare l’efficacia di metodi di diagnosi precoce per prevenire la malattia. A tale scopo il lavoro sperimentale è stato suddiviso in diverse fasi: i) studio della localizzazione, traslocazione e sopravvivenza di Psa nelle piante, a seguito di inoculazione in piante adulte di actinidia di ceppi marcati Psa::gfp; ii) studio della capacità di Psa di essere mantenuto in germogli di actinidia attraverso sette generazioni di micropropagazione dopo l’inoculazione delle piante madri con lo stesso ceppo marcato Psa::gfp; iii) studio ed applicazioni di un nuovo metodo di diagnosi precoce di Psa basato sull’analisi molecolare del “pianto”.

Study of cosmic nuclei fluxes with AMS-02: implication for dark matter search

L’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) é un rivelatore per raggi cosmici (CR) progettato e costruito da una collaborazione internazionale di 56 istituti e 16 paesi ed installato il 19 Maggio del 2011 sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Orbitando intorno alla Terra, AMS-02 sará in grado di studiare con un livello di accuratezza mai raggiunto prima la composizione dei raggi cosmici, esplorando nuove frontiere nella fisica delle particelle, ricercando antimateria primordiale ed evidenze indirette di materia oscura. Durante il mio lavoro di tesi, ho utilizzato il software GALPROP per studiare la propagazione dei CR nella nostra Galassia attraverso il mezzo interstellare (ISM), cercando di individuare un set di parametri in grado di fornire un buon accordo con i dati preliminari di AMS-02. In particolare, mi sono dedicata all’analisi del processo di propagazione di nuclei, studiando i loro flussi e i relativi rapporti. Il set di propagazione ottenuto dall’analisi é stato poi utilizzato per studiare ipotetici flussi da materia oscura e le possibili implicazioni per la ricerca indiretta attraverso AMS-02.

Fondamenti e applicazioni della plasmonica

Questo lavoro ha l’obbiettivo di analizzare i principi che stanno alla base della plasmonica, partendo dallo studio dei plasmoni di superficie fino ad arrivare alle loro applicazioni. La prima parte di questa tesi riguarda l’aspetto teorico. Essendo essenzialmente eccitazioni collettive degli elettroni nell'interfaccia fra un conduttore ed un isolante, descritti da onde elettromagnetiche evanescenti, questi plasmoni superficiali, o polaritoni plasmonici di superficie (SPP), vengono studiati partendo dalle equazioni di Maxwell. Viene spiegato come questi SPP nascano dall’accoppiamento dei campi elettromagnetici con le oscillazioni degli elettroni del materiale conduttore e, utilizzando l’equazione dell’onda, si descrivono le loro proprietà in singola interfaccia e in sistemi multistrato. Il quinto capitolo analizza le metodologie di eccitazione di SPP. Sono descritte varie tecniche per l’accoppiamento di fase, per accennare poi a eccitazioni di SPP in guide d’onda, tramite fibra ottica. L’ultimo capitolo della prima parte è dedicato alla seconda tipologia di plasmoni: i plasmoni di superficie localizzati (LSP). Questi sono eccitazioni a seguito dell’accoppiamento fra elettroni di conduzione di nanoparticelle metalliche e il campo elettromagnetico ma che, a differenza dei SPP, non si propagano. Viene esplorata la fisica dei LSP trattando prima le interazioni delle nanoparticelle con le onde elettromagnetiche, poi descrivendo i processi di risonanza in una varietà di particelle differenti in numero, forma, dimensione e ambiente di appartenenza. La seconda parte della tesi riguarda invece alcune applicazioni. Vengono proposti esempi di controllo della propagazione di SPP nel contesto delle guide d’onda, analizzando l’indirizzamento di SPP su superfici planari e spiegando come le guide d’onda di nanoparticelle metalliche possano essere utilizzate per trasferire energia. Infine, viene introdotta la teoria di Mie per la diffusione e l’assorbimento della luce da parte di nanoparticelle metalliche, per quanto riguarda la colorazione apparente, con esempi sulla colorazione vitrea, come la famosa coppa di Licurgo.

Ottica geometrica e ondulatoria, e applicazioni astrofisiche

L’ottica è rivolta allo studio delle proprietà della luce e della sua propagazione attraverso i mezzi materiali. Le applicazioni tradizionali dell’ottica includono le lenti correttive per la vista e la formazione delle immagini nei telescopi e nei microscopi. Le applicazioni moderne comprendono l’immagazzinamento ed il recupero delle informazioni, come nei riproduttori di compact disc, nei lettori di codici a barre in uso nelle casse dei supermercati, o nella trasmissione di segnali attraverso cavi a fibre ottiche, che possono trasportare una maggior quantità di informazioni dei fili in rame. Nel primo capitolo si considereranno casi nei quali la luce viaggia in linea retta e incontra ostacoli la cui dimensione è molto maggiore della lunghezza d’onda della luce. Questo è il dominio dell’ottica geometrica, che include lo studio delle proprietà degli specchi e delle lenti. Il passaggio della luce attraverso fessure molto sottili o attorno a barriere molto strette, le cui dimensioni siano confrontabili con la lunghezza d’onda della luce (a conferma della natura ondulatoria della luce) fa parte dell’ottica fisica o anche detta ottica ondulatoria, di cui si parlerà nel secondo capitolo. Nel terzo capitolo, infine, verranno trattati due metodi che sono stati adoperati nel passato per misurare la maggior peculiarità che possiede la “particella” principe dell’ottica: la velocità della luce.