Studio delle Condizioni Meteorologiche Marziane nel Pathfinder Site mediante un’Analisi Teorica e Sperimentale di un Modello Numerico di Previsione Atmosferica alla Mesoscala e Sviluppo di un’Interfaccia Software

Questa tesi è il risultato del lavoro di ricerca e sviluppo svolto presso il laboratorio di Realtà Virtuale del COllaborative System Engineering (COSE) Centre dell'azienda Thales Alenia Space Italia e si inquadra in un contesto di miglioramento delle future tecnologie orientate all'esplorazione spaziale. L'obiettivo del presente lavoro consiste nello studio delle condizioni meteorologiche marziane nella zona del Pathfinder Site (luogo di atterraggio dell'omonimo Lander), attraverso l'analisi teorica e sperimentale di un modello numerico di previsione alla mesoscala. L'applicazione di tale modello nell'ambito della Realtà Virtuale è finalizzata alla simulazione realistica di ambienti spaziali e si rivela utile nella fase di progettazione e di analisi delle missioni. Il modello proposto è stato sviluppato a partire dallo studio e dal confronto di modelli numerici di previsione atmosferica alla mesoscala per ambienti terrestri e marziani e si basa sulle equazioni di governo dei moti atmosferici di Navier-Stokes mediate alla Reynolds. E' stata adottata una parametrizzazione di ordine zero dei termini non lineari, dovuti alla presenza di flussi turbolenti di piccola scala, e la soluzione numerica è stata ottenuta con il metodo Leapfrog alle differenze finite. Per quanto riguarda il processo di inizializzazione (fase di acquisizione e pre-elaborazione delle condizioni al contorno) è stata sviluppata un'interfaccia software che interroga il Mars Climate Database (MCD), il quale contiene informazioni su variabili meteorologiche e composizione atmosferica, ottenute mediante l'interpolazione lineare delle uscite di un modello di circolazione generale (a scala globale). Inoltre l’interfaccia permette di esportare i dati in formati matriciali opportuni per la risoluzione numerica del sistema di previsione proposto. Tale risoluzione avviene tramite l'implementazione di apposite funzioni Matlab. A coronamento di questo studio i risultati ottenuti sono stati confrontati con i dati forniti dal MCD tramite un’analisi sperimentale che ha permesso di verificare l'attendibilità dei dati. Infine tali esiti sono stati visualizzati nell'ambiente di Realtà Virtuale del COSE Centre, tramite un'applicazione volta a simulare tridimensionalmente la direzione e l’intensità dei venti sulla regione studiata.