Cold gas micro propulsion development for satellite application

Micro spacecraft which have gained huge popularity in the last decade are termed as “CubeSat”, a well-known class of small satellites. A funcionalidade e popularidade do CubeSat em rápido crescimento tem ajudado os pesquisadores a empurrar a demonstração de tecnologia para um desempenho eficiente e confiabilidade necessária para aplicações comerciais e governamentais. Mantendo os detritos espaciais e o uso de combustíveis fósseis como propulsores em mente, uma tentativa foi feita para desenvolver um propulsor verde para superar as questões de detritos espaciais, toxicidade do propulsor e propulsor acessível. Toda propulsão à base de propulsante líquido requer sistema de alimentação líquida e para isso, usa gás pressurizado (basicamente hélio) para ajudar o líquido a expelir para fora do tanque. Mas assim que o propulsor líquido acabar, o gás pressurizado não é utilizado e o sistema fica sem combustível. Assim, o trabalho atual, além de ser usado como propulsão a gás frio normal, também oferece a vantagem de usar o sistema de alimentação de gases não utilizados em caso de esgotamento de combustível líquido. O presente trabalho concentra-se no desenvolvimento de micro-propulsores de gás frio, e seus testes experimentais em condições de espaço e nível do mar em várias condições de pressão. Um modelo de dinâmica de fluidos computacional para o mesmo foi desenvolvido para validar seus resultados experimentais. O valor do impulso registado entre micro e milli Newtons satisfaz os requisitos de atitude e de manutenção da estação para o Cubesato de 1 a 50 kg de massa seca. Os valores de impulso de 0,8 mN a uma diferença de pressão de 1 bar para 2,24 mN a uma diferença de pressão de 4 bar foram relatados para o ensaio em ambiente de vácuo. É quase o dobro do valor do impulso alcançado no caso do nível do mar para as diferenças de pressão correspondentes. Além disso, os parâmetros como pressão, temperatura, número Mach, Vetor de velocidade, impulso específico, eficiência do bocal, etc. são estudados e relatados para 8 casos diferentes de diferença de pressão variando de diferença de pressão de 1 bar a diferença de pressão de 4 bar, respectivamente, no ambiente atmosférico e de vácuo.