Space compatible cryogenic camera : preliminary design

This thesis discusses the preliminary design and development of a cryogenic camera that could be used, among other applications, to support ongoing research on reusable rockets. The aim of this development is to adapt and qualify existing technologies to build a system capable of recording the dynamic behavior of propellant, specifically methane, under cryogenic conditions. The thesis begins by defining the mission framework in which the camera will be employed, outlining the principal constraints, and reviewing the behavior of cryogenic fluids in a dynamic tank under microgravity. A functional analysis of the camera is then conducted, along with a survey of the current state of the art. This leads to a trade-off analysis of available camera technologies to establish a preliminary system architecture, followed by the determination of sizing coefficients for the various subsystems. Finally, the thesis presents a discussion of the qualification process, including example test protocols designed to demonstrate the feasibility and reliability of the proposed technology. The results indicate that, through careful component selection and design adaptation, a cryogenic camera system capable of operating under extreme conditions can be successfully implemented to support experimental and operational objectives in rocket environments.

Questa tesi tratta la progettazione preliminare e lo sviluppo di una camera criogenica che potrebbe essere utilizzata, tra le altre applicazioni, per supportare le ricerche in corso sui razzi riutilizzabili. L’obiettivo di questo sviluppo è adattare e qualificare tecnologie esistenti per realizzare un sistema in grado di registrare il comportamento dinamico del propellente, in particolare del metano, in condizioni criogeniche. La tesi inizia definendo il contesto della missione in cui la camera verrà impiegata, delineando i vincoli principali e analizzando il comportamento dei fluidi criogenici in un serbatoio dinamico in microgravità. Successivamente viene condotta un’analisi funzionale della camera, accompagnata da una panoramica sullo stato dell’arte attuale. Ciò porta a un’analisi dei compromessi tra le tecnologie disponibili per le camere, al fine di definire un’architettura preliminare del sistema, seguita dalla determinazione dei coefficienti di dimensionamento per i diversi sottosistemi. Infine, la tesi presenta una discussione sul processo di qualificazione, includendo protocolli di test esemplificativi progettati per dimostrare la fattibilità e l’affidabilità della tecnologia proposta. I risultati indicano che, attraverso una selezione accurata dei componenti e un adattamento del design, è possibile implementare con successo un sistema di camera criogenica in grado di operare in condizioni estreme, supportando gli obiettivi sperimentali e operativi nei contesti dei razzi.