Aerospace propulsion: a literature review survey on future technologies

This thesis explores the cutting-edge advancements and future prospects in the realm of in- space propulsion, emphasizing ADN/GAP-based green propellants, sustainable aviation fuels (SAF), and the pioneering SKYLON and SABRE programs. The development of novel propulsion systems is crucial for deep space exploration and satellite manoeuvring. This study delves into advanced propulsion technologies, including electric and chemical thrusters, that promise enhanced efficiency and reduced environmental impact. ADN (Ammonium Dinitramide) and GAP (Glycidyl Azide Polymer) based propellants are at the forefront of sustainable propulsion solutions. These green propellants offer significant advantages over traditional hydrazine-based fuels, including lower toxicity, higher performance, and reduced handling risks. This section examines the chemical properties, performance metrics, and potential applications of ADN/GAP propellants using CEA software in current and future space missions. the aviation industry striving to reduce its carbon footprint, SAF emerges as a viable alternative to conventional jet fuel. This thesis evaluates the production processes, environmental benefits, and integration challenges of SAF. It also considers regulatory frameworks and economic implications for widespread adoption in commercial aviation. The SKYLON spaceplane, powered by the revolutionary SABRE engine, represents a significant leap in aerospace engineering. The SABRE engine's hybrid air-breathing rocket technology offers unprecedented performance, enabling single- stage-to-orbit (SSTO) capabilities. This section provides a comprehensive overview of the technical advancements, testing milestones, and collaborative efforts underpinning the SKYLON project. It also discusses the potential impacts of SKYLON and SABRE on the future of space transportation and commercial spaceflight. By integrating insights from these diverse yet interconnected fields, this thesis aims to present a holistic view of the future technologies shaping sustainable propulsion in aerospace. The findings highlight the critical role of innovation in achieving environmentally sustainable and economically viable solutions for space and aviation industries.

Questa tesi esplora i progressi all'avanguardia e le prospettive future nel campo della propulsione spaziale, sottolineando i propellenti verdi basati su ADN/GAP, i carburanti sostenibili per l'aviazione (SAF) e i programmi pionieristici SKYLON e SABRE. Lo sviluppo di nuovi sistemi di propulsione è fondamentale per l'esplorazione dello spazio profondo e le manovre satellitari. Questo studio approfondisce le tecnologie di propulsione avanzate, tra cui propulsori elettrici e chimici, che promettono maggiore efficienza e ridotto impatto ambientale. I propellenti basati su ADN (dinitramide di ammonio) e GAP (polimero di glicidil azide) sono all'avanguardia nelle soluzioni di propulsione sostenibile. Questi propellenti verdi offrono vantaggi significativi rispetto ai tradizionali carburanti a base di idrazina, tra cui minore tossicità, prestazioni più elevate e rischi di gestione ridotti. Questa sezione esamina le proprietà chimiche, le metriche delle prestazioni e le potenziali applicazioni dei propellenti ADN/GAP utilizzando il software CEA nelle missioni spaziali attuali e future. l'industria aeronautica che si sforza di ridurre la propria impronta di carbonio, SAF emerge come un'alternativa praticabile al carburante per aerei convenzionale. Questa tesi valuta i processi di produzione, i benefici ambientali e le sfide di integrazione di SAF. Considera inoltre i quadri normativi e le implicazioni economiche per un'adozione diffusa nell'aviazione commerciale. Lo spazioplano SKYLON, alimentato dal rivoluzionario motore SABRE, rappresenta un significativo balzo in avanti nell'ingegneria aerospaziale. La tecnologia del razzo ibrido a respirazione d'aria del motore SABRE offre prestazioni senza precedenti, consentendo capacità di orbita a stadio singolo (SSTO). Questa sezione fornisce una panoramica completa dei progressi tecnici, delle tappe fondamentali dei test e degli sforzi collaborativi alla base del progetto SKYLON. Discute inoltre i potenziali impatti di SKYLON e SABRE sul futuro del trasporto spaziale e dei voli spaziali commerciali. Integrando approfondimenti da questi campi diversi ma interconnessi, questa tesi mira a presentare una visione olistica delle future tecnologie che modellano la propulsione sostenibile nell'aerospazio. I risultati evidenziano il ruolo fondamentale dell'innovazione nel raggiungimento di soluzioni sostenibili dal punto di vista ambientale ed economicamente praticabili per i settori spaziale e aeronautico.