Analysis of alternative propellants and propulsion systems for micro launch vehicles

In the frame of the definition of future micro launchers, alternative propellants and new propulsion technologies have gained interest. For space transportation vehicles, the propulsion system is one of the most important and costly part to design and develop. The goal of this work is to establish a qualitative overview of potential future liquid rocket propellants to quantitatively evaluate their impact on engine design, cycle and launcher performances. Three feeding technologies are analyzed and compared: turbopumps, pressure-gas and battery-driven electric pumps. The effects of subcooled oxygen and methane on the propulsion system of a micro launcher booster stage are evaluated using the software EcosimPro and its library ESPSS. Compared to common fuels such as RP1, propane and methane show attractive performances in terms of specific impulse and bulk density. Remarkable results are achieved by subcooled propellants which may enable higher performances when used on a fixed hardware designed for propellant injected at boiling point.

Nell'ambito della definizione di futuri microlanciatori, propellenti alternativi e nuove tecnologie di propulsione hanno guadagnato interesse. Per i lanciatori, il sistema di propulsione è una delle componenti più importanti e costose da progettare e sviluppare. L'obiettivo di questo lavoro è quello di stabilire una panoramica qualitativa dei potenziali e alternativi propellenti liquidi per valutare quantitativamente il loro impatto sulle prestazioni del motore, sul ciclo propulsivo e infine sul lanciatore. Sono state analizzate e confrontate tre tecnologie di alimentazione: turbopompe, pompe elettriche e gas pressurizzante. Gli effetti sul primo stadio di un microlanciatore di ossigeno e metano sono stati analizzati con il software EcosimPro e la libreria ESPSS imponendo diverse consizioni al controno sulle temperature dei propellenti.