Transizione dalla propulsione spaziale a quella nitrosa

Il futuro successo della catena di approvvigionamento dell’industria spaziale dipende dalla standardizzazione di tutti gli aspetti di una missione spaziale, dalla sicurezza umana all’ossidante utilizzato con il carburante. Questo pezzo collettivo approfondisce il modo in cui il protossido di azoto è la scelta ottimale con input da:

Alcune settimane fa, per la prima volta, la US Space Force ha richiesto 60 milioni di dollari nei prossimi due anni per il suo programma spaziale tatticamente reattivo.

Poiché lo spazio tatticamente reattivo continua a guadagnare slancio come priorità di finanziamento, la tecnologia di propulsione dovrà recuperare terreno. I satelliti dovranno essere pronti per il lancio entro 24 ore di preavviso, il che significa che il caricamento del propellente satellitare dovrà avvenire senza interruzioni.

Il governo degli Stati Uniti sta facendo sul serio dopo anni di pressioni da parte di piccole società di lancio di satelliti, ma l’esecuzione di successo dell’intero programma di lancio richiederà più di una linea di bilancio: richiederà il processo di propulsione satellitare più efficiente possibile, tra cui:

Sì, proprio come in Fast & Furious. I sistemi a base di azoto rappresentano la categoria di propulsione verde in più rapida crescita nel mercato spaziale commerciale. Adatti a tutti i tipi di missione, dalla LEO allo spazio profondo, i sistemi a base di azoto sono scalabili in molte classi di spinta. Organizzazioni governative come la Commissione Europea, l’ESA, la DLR e l’Agenzia spaziale neozelandese stanno già investendo in progetti nitrosi.

"Ho sempre pensato che affinché i futuri veicoli spaziali fossero davvero a basso costo, l'industria avrebbe dovuto abbandonare i propellenti tossici come l'idrazina e ottimizzare invece i bipropellenti che danno priorità alla sicurezza ma hanno comunque buone prestazioni", ha affermato Tom Mueller, il capo ufficiale esecutivo di Impulse Space. "Ecco perché quando ho avviato Impulse, sapevo che avremmo utilizzato il nitroso come ossidante per lo sviluppo dei nostri motori."

Una filiera domestica resiliente: La catena di approvvigionamento della propulsione statunitense non è protetta. Gli Stati Uniti dipendono fortemente dallo xeno e dal kripton di elevata purezza, prodotti principalmente in Russia, Cina e Ucraina, come evidenziato in un recente articolo del CTO di Phase Four, Umair Siddiqui. Inoltre, non esiste una produzione interna di idrazina, il propellente preferito dagli Stati Uniti, poiché la maggior parte della produzione avviene in Cina.

“Per i satelliti con carichi utili significativi che hanno requisiti di propulsione significativi misurati da un ampio delta-v, lo xeno soddisfa un’esigenza, ma i prezzi sono alti e i tempi di consegna sono lunghi. Costi che raggiungono milioni di dollari e una disponibilità incerta possono compromettere budget e programmi”, ha affermato Eric Anderson, presidente di And One Technologies. “Con i costi del protossido di azoto misurati in migliaia di dollari per satellite, i proprietari delle missioni possono concentrare fondi e sforzi su aree diverse dal propellente”.

Supportato da altre grandi industrie come l’industria medica, il protossido di azoto di livello industriale è molto disponibile, prodotto internamente negli Stati Uniti e disponibile per dollari al litro. Secondo ChemView, negli Stati Uniti ci sono almeno sette impianti N2O che producono da 50 a 100 milioni di libbre all’anno. Curiosità: gli impianti di produzione di Air Liquide a Washington, Pennsylvania, si trovano a 1 Nitrous Lane.

Stoccaggio del propellente: N2O è un composto chimico puro. Non si demiscela, non si decompone, non esce dalla soluzione o non cristallizza. Non si degrada in alcun modo ed è quindi teoricamente conservabile all'infinito. I serbatoi vengono trasportati direttamente al sito di lancio o alle strutture di integrazione tramite camion del fornitore di gas industriale. È conservato in bombole di gas di tipo industriale all'interno di un'area ventilata. Chiunque sia in grado di maneggiare una torcia di saldatura può gestire questo tipo di cilindri.

"Abbiamo iniziato a costruire sistemi a base di azoto poiché è un propellente ad alte prestazioni ma sicuro su cui potevamo mettere le mani", ha affermato Stefan Powell, CEO di Dawn Aerospace. "Si scopre che i costruttori di satelliti commerciali lo adorano per tutti gli stessi motivi."

Operazioni di carico opportune: Il caricamento del propellente di un OTV a base di azoto che ha volato in una missione Transporter è stato effettuato nella baia est dello SpaceX Payload Processing Facility, nella camera bianca dell'assemblea generale. L'operatore di terra che ha caricato ciascun propellente nel veicolo di trasferimento orbitale (OTV) ha impiegato circa due ore ciascuno, quindi quattro ore in totale. I DPI richiesti durante il processo erano occhiali di sicurezza e protezioni per l'udito: non erano necessarie tute SCAPE. L'unica restrizione in quel momento era che il caricamento del propellente doveva avvenire di notte, quando c'erano meno persone in giro.