Cold gas micro propulsion development for satellite application

Micro veicoli spaziali che hanno guadagnato enorme popolarità negli ultimi dieci anni sono definiti come “CubeSat”, una classe ben nota di piccoli satelliti. La funzionalità e la popolarità in rapida crescita di CubeSat hanno aiutato i ricercatori a spingere la dimostrazione tecnologica verso prestazioni efficienti e affidabilità necessarie per applicazioni commerciali e governative. Tenendo presente i detriti spaziali e l’uso di combustibili fossili come propellente, è stato fatto un tentativo di sviluppare un propellente verde per superare i problemi dei detriti spaziali, della tossicità del propellente e del propellente a prezzi accessibili. Tutta la propulsione a propellente liquido richiede un sistema di alimentazione liquido e per questo utilizza gas pressurizzato (fondamentalmente elio) per aiutare il liquido ad espellere dal serbatoio. Ma una volta che il propellente liquido è finito, il gas pressurizzato è inutilizzato e il sistema esaurisce il carburante. Quindi l’attuale lavoro, oltre ad essere utilizzato come normale propulsione a gas freddo, offre anche il vantaggio di utilizzare gas non utilizzati nel sistema di alimentazione in caso di esaurimento del combustibile liquido. Il presente lavoro si concentra sullo sviluppo di micro propulsori a gas freddo e sui suoi test sperimentali nello spazio e nelle condizioni del livello del mare a varie condizioni di pressione. Un modello di fluidodinamica computazionale per lo stesso è stato sviluppato per convalidare i suoi risultati sperimentali. Il valore di spinta registrato tra micro e milli Newton varia per soddisfare i requisiti di assetto e mantenimento della stazione per il CubeSat da 1 a 50 kg di massa a secco. Valori di spinta da 0,8 mN a 1 bar di differenza di pressione a 2,24 mN a 4 bar di differenza di pressione sono stati riportati per i test in ambiente vuoto. È quasi il doppio del valore di spinta raggiunto in caso di livello del mare per le corrispondenti differenze di pressione. Inoltre, i parametri come pressione, temperatura, numero di Mach, vettore di velocità, impulso specifico, efficienza dell’ugello ecc. sono studiati e riportati per 8 diversi casi di differenza di pressione che vanno da 1 bar differenza di pressione a 4 bar differenza di pressione rispettivamente in ambiente atmosferico e vuoto.