Performance qualification of VEGA Water Injection System

The ground segment is essential for supporting both pre-launch and launch activities, providing the necessary infrastructure to ensure a successful mission. Among the others, one fundamental aspect during launch is the acoustic suppression. This thesis focuses on the performance qualification of the VEGA Water Injection System (WIS), a deluge system designed to mitigate acoustic loads during the launch of the VEGA and VEGA-C rockets. The primary purpose of deluge systems is to attenuate the peak sound pressure generated by the interaction between the engine exhaust gases and the surrounding environment, by injecting large volumes of water beneath the nozzle during the first seconds of flight. Initially, a description of the system’s design, simulation, and assembly is given, then the work focuses on the test campaign conducted at the launch site. The objective of the thesis is the analysis of the data collected during the qualification tests and the comparison of experimental results with the predictions of the numerical model. The WIS configurations - with a particular focus on the initial conditions - have been considered and analyzed in order to meet the performance requirements and derive optimal solutions. Suggestions for improving the system include the possibility of calibrating valve opening times to optimize the amount of water injected, as well as the integration of additional sensors to more accurately monitor the system dynamics. Finally, the development of more accurate numerical models is suggested, capable of accounting for the water volume present in the pipes, to achieve more realistic predictions. The results demonstrate that the system can be qualified for operational use, with concrete proposals for future developments.

Il ground segment è essenziale per supportare le attività sia prima che durante il lancio, fornendo l’infrastruttura necessaria per garantire il successo della missione. Tra gli altri, un aspetto fondamentale durante il lancio è la soppressione acustica. Questa tesi si concentra sulla qualifica delle prestazioni del VEGA Water Injection System (WIS), un sistema di deluge progettato per mitigare i carichi acustici durante il decollo dei lanciatori VEGA e VEGA-C. I sistemi di deluge hanno lo scopo principale di attenuare i picchi di pressione sonora generati dall’interazione tra i gas di scarico del motore e l’ambiente circostante, attraverso l’iniezione di grandi volumi d’acqua sotto l’ugello nei primi secondi di volo. Dopo una prima fase in cui si descrive la progettazione, simulazione e assemblamento del sistema, il presente lavoro si focalizza sulla campagna di test condotta presso il sito di lancio. Lo scopo della tesi è rappresentato dall’analisi dei dati raccolti durante i test di qualifica che confrontano i risultati sperimentali con le previsioni del modello numerico. Vengono esaminate in dettaglio le configurazioni di condizioni iniziali del sistema che soddisfano i requisiti prestazionali, evidenziando eventuali discrepanze e proponendo soluzioni ottimizzate. Tra i suggerimenti per migliorare il sistema vi è la possibilità di calibrare i tempi di apertura delle valvole per ottimizzare la quantità di acqua iniettata, così come l’integrazione di sensori aggiuntivi per monitorare con maggiore precisione le dinamiche del sistema. Infine, viene suggerito lo sviluppo di modelli numerici più accurati, in grado di tenere conto del volume d’acqua presente nelle tubature, per ottenere previsioni più realistiche. I risultati dimostrano che il sistema può essere qualificato per l’uso operativo, con proposte concrete per futuri sviluppi.