A propellant formulation study for a green approach to solid rocket propulsion

The solid space propulsion for heavy launchers relies upon the combination of HTPB/AP/Al. This propellant can be considered the state of the art among solid propellants due its high specific impulse, relatively low cost and hazard class 1.3 thanks to its well-known properties and improved reliability. However, a new generation of green solid propellants is required to achieve an important step toward the future where the main enhancements are defined in terms of increased performance, higher reliability, and more friendly environmental impact. Indeed, HTPB/AP/Al is hard to be improved for performance and its hydrochloric acid emissions is a concern deeply discussed. The project of the thesis is addressed to mitigate the acid emissions problem and to achieve significant improvements of the impulse introducing new green energetic materials and new chemical compositions for the solid propulsion as scavenger-, explosive- and GAP-based propellant. Finally, three innovative formulations, the GREEN propellants, have been suggested to "launch" solid rocket motor towards a more sustainable future. All the results are carried out via the CEA (Chemical Equilibrium with Applications) NASA computer program.

La propulsione solida spaziale per i lanciatori pesanti si fonda sulla combinazione di HTPB/AP/Al. Tra tutti i propellenti solidi, questa formulazione è considerata lo stato dell’arte per via del suo alto impulso specifico, basso costo di produzione e classe di rischio 1.3 grazie alle sue proprietà ben note e la grande affidabilità. Indipen dentemente da ciò, una nuova generazione di propellenti green solidi è richiesta per compiere un importante passo verso il futuro, dove i miglioramenti più significativi vertono sull’aumento di prestazioni, maggior affidabilità e un impatto ambientale più eco-sostenibile. Infatti la configurazione HTPB/AP/Al è difficile da migliorare ulteriormente in termini di impulsi e la sua emissione di acido cloridrico è un problema profondamente discusso. Il progetto di tesi ha l’obiettivo di ridurre il problema dell’acido cloridrico e di raggiungere un importante miglioramento delle prestazioni introducendo nuovi materiali green ed energetici e nuove composizioni per la propulsione a solido come i scavenger-, explosive- and GAP-based propellenti. Infine, tre innovative formulazioni, i GREEN propellant, sono stati proposti per spingere il settore dei lanciatori a propulsione solida verso un futuro più sostenibile. Tutti i risultati sono stati ottenuti attraverso il software della NASA, CEA (Chemical Equilibrium with Applications).