Development and Analysis of Water Electrolysis Propulsion Systems for Cubesats and Small Satellites.

This thesis investigates the development and thorough analysis of water electrolysis propulsion systems designed for CubeSats and small satellites. The core of this research revolves around the utilization of water as a propellant, which is dissociated into hydrogen and oxygen gases through the process of electrolysis. These gases are subsequently channelled into a bipropellant thruster to produce the necessary thrust. This innovative propulsion technology not only offers a more sustainable and safer alternative to conventional chemical propulsion systems but also significantly mitigates environmental and safety concerns associated with traditional propellants. The motivation behind this research is to address the growing demand for efficient and eco-friendly propulsion systems in the rapidly expanding domain of small satellite missions. By focusing on the detailed design and performance evaluation of water electrolysis propulsion systems, this thesis aims to demonstrate their feasibility and effectiveness in various space mission scenarios. The study encompasses the design principles, engineering challenges, and performance metrics of these systems, highlighting their potential to revolutionize small satellite propulsion. Key findings of this research include the high efficiency and reliability of water electrolysis propulsion systems, their adaptability to different mission profiles, and their inherent safety advantages due to the use of non-toxic and non-flammable propellants. This comprehensive analysis underscores the relevance and impact of water electrolysis propulsion systems in advancing the capabilities and sustainability of small satellite missions. By providing a robust and scalable propulsion solution, this technology holds promise for future space exploration endeavours, aligning with the goals of reducing dependency on Earth-based resources and promoting long-term sustainability in space activities.

Questa tesi indaga lo sviluppo e l'analisi approfondita dei sistemi di propulsione a elettrolisi dell'acqua progettati per CubeSat e piccoli satelliti. Il fulcro di questa ricerca ruota attorno all'utilizzo dell'acqua come propellente, che viene dissociata in gas di idrogeno e ossigeno attraverso il processo di elettrolisi. Questi gas vengono successivamente canalizzati in un propulsore bipropellente per produrre la spinta necessaria. Questa tecnologia di propulsione innovativa non solo offre un'alternativa più sostenibile e sicura ai sistemi di propulsione chimica convenzionali, ma riduce significativamente le preoccupazioni ambientali e di sicurezza associate ai propellenti tradizionali. La motivazione alla base di questa ricerca è affrontare la crescente domanda di sistemi di propulsione efficienti ed ecologici nel dominio in rapida espansione delle missioni di piccoli satelliti. Concentrandosi sulla progettazione dettagliata e sulla valutazione delle prestazioni dei sistemi di propulsione a elettrolisi dell'acqua, questa tesi mira a dimostrarne la fattibilità e l'efficacia in vari scenari di missione spaziale. Lo studio comprende i principi di progettazione, le sfide ingegneristiche e le metriche di prestazione di questi sistemi, evidenziando il loro potenziale di rivoluzionare la propulsione dei piccoli satelliti. I principali risultati di questa ricerca includono l'alta efficienza e affidabilità dei sistemi di propulsione a elettrolisi dell'acqua, la loro adattabilità a diversi profili di missione e i loro vantaggi intrinseci in termini di sicurezza dovuti all'uso di propellenti non tossici e non infiammabili. Questa analisi completa sottolinea la rilevanza e l'impatto dei sistemi di propulsione a elettrolisi dell'acqua nel migliorare le capacità e la sostenibilità delle missioni dei piccoli satelliti. Fornendo una soluzione di propulsione robusta e scalabile, questa tecnologia promette di essere cruciale per le future esplorazioni spaziali, allineandosi con gli obiettivi di ridurre la dipendenza dalle risorse terrestri e promuovere la sostenibilità a lungo termine nelle attività spaziali.