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onclusioni e sviluppi futuri
CAPITOLO 7.
Conclusioni e sviluppi futuri
Nel Capitolo 1 di questo lavoro di tesi si sono illustrati i vantaggi propulsivi del perossido di idrogeno; come si è visto l’utilizzo di questo propellente presenta grandi vantaggi rispetto agli attuali sistemi NTO-Idrazine a causa soprattutto della sua non tossicità. I vantaggi economici derivanti dall’utilizzo di un propellente “verde” sono evidenti. Si è mostrato come il perossido di idrogeno, utilizzato come comburente in un sistema bipropellente garantisca impulsi specifici superiori ai 250 secondi dipendentemente dal carburante utilizzato; in questa situazione l’endoreattore qui studiato, si pone come valida alternativa anche in missioni che necessitino di prestazioni più elevate. L’elemento principale di un endoreattore monopropellente a perossido di idrogeno è il catalizzatore, dalla sua efficienza dipende la catalisi del propellente e il conseguente volume di ossigeno liberato nonché la temperatura raggiunta dei gas. Anche in un sistema bipropellente il letto catalitico riveste un ruolo determinante, infatti, anche in tal caso, ad una migliore efficienza catalitica corrisponde una maggiore efficienza di combustione. Il catalizzatore inoltre è il maggior responsabile del tempo di vita del propulsore, inseguire quindi la realizzazione di catalizzatori più durevoli è di vitale importanza. Alta, al momento, è impegnata in una serie di campagne sperimentali sulla caratterizzazione di prototipi di endoreattori monopropellente a perossido di idrogeno; i risultati di queste, disponibili in un prossimo futuro, potrebbero aprire la strada ad un riesame delle assunzioni fatte sul catalizzatore e variare
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alcune scelte riguardanti il medesimo. Nel presente lavoro si è mostrato un innovativo sistema di pressurizzazione; l’idea è quella di imbarcare entrambi i propellenti in un unico serbatoio divisi da una membrana elastica. L’alta pressione (intorno alle 40 atmosfere) dell’etano a temperatura ambiente e il suo basso volume specifico derivante dal suo trovarsi, in tali condizioni, in stato di vapore saturo lo rendono estremamente attraente da un punto di vista termodinamico. L’impulso specifico elevato derivante dalla sua combustione con il perossido di idrogeno ne fa un’ottima scelta anche da un punto di vista propulsivo. Nell’analisi svolta, si è mostrato l’efficacia del sistema di pressurizzazione cosi conformato; l’etano è in grado di provvedere all’iniezione del perossido di idrogeno sul letto catalitico evitando l’impiego di un sistema attivo di pressurizzazione quali pompe o un gas aggiuntivo privo di utilità propulsiva. Nell’ipotesi di contatto termico perfetto tra i due propellenti, e quindi nell’ipotesi di conducibilità infinita della membrana divisoria, si è mostrato come il rapporto di miscelamento non vari moltissimo e il sistema mantenga l’impulso specifico nominale durante lo sparo. Tale ipotesi è realizzabile nella pratica, una membrana elastica è la soluzione più semplice per gli scopi prefissi; resta naturalmente da verificare la possibilità di reperire un materiale polimerico che permetta la trasmissione della pressione e sia compatibile con i due propellenti. Una paratia divisoria in metallo potrebbe essere un’alternativa, resta da definire la soluzione tecnologica adeguata alla pressurizzazione del perossido. Nel Capitolo 5 si sono mostrati esempi dell’attuale tecnologia sugli endoreattori a perossido di idrogeno e idrocarburi; si è visto come tali sistemi garantiscano prestazioni pari a quelle qui teorizzate e si è preso spunto per la soluzione costruttiva.
Rispetto ad alcune soluzioni esistenti, il sistema qui analizzato ha il vantaggio di utilizzare un idrocarburo gassoso in grado di autoaccendersi con i prodotti della catalisi del perossido di idrogeno con ovvi vantaggi in termini di efficienza di combustione. Il sistema di pressurizzazione che si ottiene inoltre garantisce un risparmio di peso oltre ad una maggiore sicurezza e affidabilità diminuendo il numero dei componenti del sistema.
Il lavoro svolto si conclude con un’analisi delle prestazioni del propulsore vero e proprio in relazione alle scelte progettuali effettuate. L’ultima tabella riportata al capitolo precedente mostra i risultati del dimensionamento effettuato con due scelte diverse sulla pressione di progetto in camera di combustione; tale tabella fornisce un’utile guida per eseguire il dimensionamento finale e passare al disegno del complessivo e dei particolari dell’endoreattore. L’analisi termica effettuata ha mostrato come l’ipotesi iniziale di realizzare la camera in Niobio, alla luce delle approssimazione fatte, risulti eccessivamente ottimistica; un’analisi più accurata risulta necessaria. E’ in ogni modo preferibile l’utilizzo di materiale in grado di lavorare in sicurezza a temperature più elevate, anche se più costosi, quali Iridio e Platino; considerando comunque le dimensioni del propulsore il costo può in ogni caso risultare competitivo. Resta anche da analizzarsi il comportamento di tali materiali in presenza di gas caldi e ossidanti; un rivestimento adeguato in silice o simili risulta sicuramente necessario. Susseguente al disegno costruttivo è naturalmente la realizzazione di un prototipo; a tale fine la scelta di un raffreddamento attivo del propulsore appare comunque una soluzione sicura ed economica.
Il lavoro di tesi si propone quindi, come precedentemente illustrato, di dare un contributo allo sviluppo del propulsore; con questo si può ritenere conclusa la fase di sviluppo concettuale, il passo che deve seguire è naturalmente quello di dimensionare i particolari del motore e arrivare ad un complessivo di montaggio. Tale compito, come precedentemente accennato, è realizzabile a partire dalla geometria descritta in Tabella 6.6. La progettazione o l’adeguamento di un esistente banco prova al fine di eseguire prove sul prototipo è altresì di vitale importanza. Alla luce di questo, considerazioni sulla compatibilità dei materiali sono importantissime e risulta naturalmente indispensabile uno studio
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accurato delle normative in vigore sulla manipolazione di entrambi i propellenti al fine di operare in sicurezza e proteggere adeguatamente il personale coinvolto.
Costruito il prototipo, un'adeguata campagna di sperimentazione permetterà la caratterizzazione del medesimo; potrebbe seguire naturalmente uno studio atto a migliorarne le prestazioni alla luce di quanto insorga dagli esperimenti e/o al fine di diminuire i costi.
