Self-pressurization models for green propellants in space refuelling applications: the RECS experiment

The RECS experiment, conducted aboard D-Orbit’s ION-mk02 platform, represents a pioneering in-orbit demonstration of satellite refueling technologies involving nitrous oxide (N₂O) as a green propellant. This doctoral research focuses on the development and validation of models for the mass out-flow rate and tank pressure behavior in self-pressurizing N₂O systems. The RECS experiment provided essential data under operational space conditions, enabling the verification of these theoretical models. The research highlights the potential of N₂O for satellite refueling due to its self-pressurizing properties and compatibility with simplified handling procedures compared to conventional propellants. By validating the mass flow rate and self-pressurization models in orbit, this work demonstrates the feasibility of employing N₂O in future in-orbit servicing missions. The insights gained contribute to the broader aim of advancing green propellant technologies, increasing their reliability. This research establishes a robust analytical framework for self-pressurizing systems, tested and validated through the RECS experiment under representative conditions, providing a reference for future satellite servicing missions using green propellants.

L'esperimento RECS, condotto a bordo della piattaforma ION-mk02 di D-Orbit, rappresenta una dimostrazione in orbita di tecnologie di rifornimento per satelliti basate sull'uso del protossido di azoto (N₂O) come propellente verde. Questa ricerca di dottorato si concentra sullo sviluppo e la validazione di modelli relativi alla portata di massa e al comportamento della pressione nei sistemi autopressurizzanti a N₂O. L’esperimento RECS ha fornito dati essenziali in condizioni operative spaziali, consentendo la validazione di questi modelli teorici. La ricerca evidenzia il potenziale del N₂O per il rifornimento di satelliti, grazie alle sue proprietà autopressurizzanti e alla compatibilità con procedure di gestione semplificate rispetto ai propellenti convenzionali. Validando i modelli di portata di massa e di autopressurizzazione direttamente in orbita, questo lavoro dimostra la fattibilità dell’impiego del N₂O in future missioni di servizio orbitale. Gli approfondimenti ottenuti contribuiscono all’obiettivo più ampio di avanzare le tecnologie basate su propellenti verdi, rendendoli più affidabili rispetto al passato. Questa ricerca stabilisce un quadro analitico solido per sistemi autopressurizzanti, testato e validato attraverso l’esperimento RECS in condizioni rappresentative, fornendo un riferimento per future missioni di manutenzione satellitare basate su propellenti verdi.