N2O decomposition phenomena and their application in green space propulsion

This review aims to analyze all the possible applications of nitrous oxide in space propulsion. After an overview of its main physical and thermal properties, a summary of N2O decomposition behaviour is presented, highlighting the importance of the presence of a catalyst to promote the reaction. Its applications in monopropellant system as a green propellant in comparison with hydrogen peroxide as a possible alternative to hydrazine are reported. Its behaviour and performance as an oxidizer in liquid bipropellant systems is reported, where it has been combined with different hydrocarbons to understand if it is a suitable green alternative, when compared to H2O2, to the highly toxic combination of hydrazine derivatives and nitrogen tetroxide. Lastly an overview of the different applications of N2O in hybrid rocket engines is presented with a focus on the differences in regression rate and combustion performance between various grain combinations.

Lo scopo di questa revisione della letteratura è quello di analizzare le possibili applicazioni del protossido di azoto nell'ambito della propulsione spaziale. Dopo un sommario delle principali proprietà fisico-chimiche, è riportato un riassunto del meccanismo di decomposizione dell'N2O evidenziando l'importanza della presenza di un catalizzatore che promuova la reazione. Sono poi riportate le diverse applicazioni dell'N2O nei sistemi a monopropellente ed è comparato con il perossido di idrogeno come possibile alternativa green per i sistemi basti sull'idrazina. In seguito sono riassunti il comportamento e le performance dell'N2O come ossidante nei sistemi a bipropellente liquido, dove viene combinato con diversi idrocarburi per verificare se , a confronto con H2O2, siano una possibile alternativa green alle combinazioni fortemente tossiche di idrazina e dei suoi derivati con tetrossido di diazoto. Sono infine riportate le diverse applicazioni dell'N2O come agente ossidante nei motori a propulsione ibrida con particolare attenzione alle differenze tra le varie composizioni del combustibile solido dal punto di vista delle prestazioni.