Experimental and numerical investigation on the evaporation induced by ultrasonic waves on kerosene in decreasing pressure environment

Since the conceiving of space science and the beginning of space exploration, mankind exploited Low Earth Orbits in order to achieve its scientific and military purposes. As a consequence of this desire, space debris started accumulating around the Earth and after fifty years the situation became critical. Nowadays, space debris represent an hot topic and an immediate problem that space agencies all around the world are trying to solve. New solutions need to be implemented, not only to reduce the amount of debris already in orbit, but also to avoid further pollution coming from future space missions. The proposal made from Omsk State Technical University deals with the exploitation of the residual energy, in form of unused propellant, stored into launchers stages tanks abandoned in orbit. The procedure is based on the idea of gasifying such residuals in order to produce hot gasses, which are going to be used to generate thrust. The generation of thrust would allow the debris to be de-orbited re-entring into the Earth atmosphere. The goal of this thesis work is focused on the mean by which the liquid propellant is going to be gasified, which is by ultrasonic waves. This method has been proposed by OmSTU that is actively working and making research on it and its future application. Part of the work will be the execution of specific experiments finalized to the collection of relevant data for the formulation of a mathematical model, aimed to the prediction of the behavior of model liquids under the influence of such waves, into a decreasing pressure close volume, simulating zero-gravity space environment.

Sin dalla nascita della scienza aerospaziale e dall'inizio dell'esplorazione spaziale, l'umanità ha sempre sfruttato le orbite più basse della Terra ai fini di raggiungere i suoi scopi, sia in campo scientifico che militare. Di conseguenza, detriti spaziali iniziarono ad accumularsi attorno alla Terra e, in cinquant'anni, la situazione è diventata critica. Al giorno d'oggi, i detriti spaziali rappresentano uno dei problemi più incalzanti che le agenzie spaziali di tutto il mondo devono risolvere. In questo contesto, nuove soluzioni sono necessarie, non solo per ridurre l'ammontare di detriti già in orbita, ma anche per evitare l'ulteriore inquinamento proveniente dalle future missioni spaziali. La proposta fatta dall'università tecnica di Omsk è basata sullo sfruttamento dell'energia residua, sotto forma di propellente inutilizzato, immagazzinata nei serbatoi degli stadi dei lanciatori abbandonati in orbita. La loro proposta si basa sulla vaporizzazione di tali residui, al fine di produrre gas ad alte temperature che saranno utilizzati per generare una spinta. La generazione di tale spinta permetterebbe di rimuovere tali detriti dalla loro orbita e di rientrare nell'atmosfera terrestre. L'obiettivo di questo lavoro di tesi è lo studio del mezzo attraverso il quale il propellente liquido rimanente verrebbe gassificato, ovvero mediante vibrazioni indotte da onde ultrasoniche. Questo metodo è stato proposto dal OmSTU che tuttora è attivamente impegnato nella ricerca riguardante tale processo e la sua futura applicazione. Parte del lavoro consiste nell'esecuzione di specifici esperimenti, finalizzati alla raccolta di dati rilevanti per la formulazione di un modello matematico, il quale avrà lo scopo di prevedere il comportamento dei liquidi sotto l'influenza di tali onde, in un volume chiuso a pressione decrescente, simulando l'ambiente a gravità zero presente in orbita.