Cold gas micro propulsion development for satellite application

az elmúlt évtizedben hatalmas népszerűségre tett szert mikro űrhajókat “CubeSat”-nak, a kis műholdak jól ismert osztályának nevezik. A CubeSat gyorsan növekvő funkcionalitása és népszerűsége segítette a kutatókat abban, hogy a technológiai demonstrációt a kereskedelmi és kormányzati alkalmazásokhoz szükséges hatékony teljesítmény és megbízhatóság felé tolják. Szem előtt tartva az űrszeméteket és a fosszilis tüzelőanyagok hajtóanyagként való felhasználását, kísérletet tettek egy zöld hajtóanyag kifejlesztésére az űrszemét, a hajtóanyag toxicitása és a megfizethető hajtóanyag problémáinak leküzdésére. Minden folyékony hajtóanyag alapú meghajtáshoz folyékony betápláló rendszerre van szükség, ehhez nyomás alatt álló gázt (alapvetően héliumot) használ, hogy segítse a folyadék kiürülését a tartályból. De amint a folyékony hajtóanyagnak vége, a nyomás alatt lévő gáz nem kerül felhasználásra, és a rendszer kifogy az üzemanyagból. Tehát a jelenlegi munka, amellett, hogy normál hideggáz-meghajtásként használják, azt az előnyt is kínálja, hogy folyékony üzemanyag kifogyása esetén a takarmányrendszer nem használt gázait használja. Jelen munka középpontjában a hideggáz mikro-hajtómű fejlesztése, valamint annak kísérleti tesztelése az űrben és a tengerszintben különböző nyomási körülmények között. Ennek számítási folyadékdinamikai modelljét fejlesztették ki kísérleti eredményeinek validálására. A mikro-milli Newton tartományok között rögzített tolóerő-érték, amely megfelel a CubeSat 1-50 kg száraz tömegtartományra vonatkozó attitude és station keeping követelményeinek. A vákuumkörnyezet teszteléséhez 0,8 mN tolóerőt jelentettek 1 bar nyomáskülönbség mellett 2,24 mN-ra 4 bar nyomáskülönbség mellett. Ez majdnem csak kétszerese az elért tolóerő értékének tengerszint esetén a megfelelő nyomáskülönbségeknél. Továbbá olyan paraméterek, mint a nyomás, a hőmérséklet, a Mach-szám, a sebességvektor, a fajlagos impulzus, a fúvóka hatékonysága stb. 8 különböző nyomáskülönbség esetében vizsgálták és jelentették, amelyek 1 bar nyomáskülönbségtől 4 bar nyomáskülönbségig terjedtek légköri és vákuum környezetben.