Analisi dei sistemi propulsivi a propellente solido: prestazioni e applicazioni

This paper presents a technical analysis of solid propellant rocket engines used in the aerospace field. The chemical-physical principles behind this type of propulsion will be illustrated, with reference to the rocket equation and the expansion of gases in a convergent-divergent nozzle. This type of engine was one of the first to be implemented and therefore represents a well-established technology whose limits and advantages are well known: structural simplicity, robustness, and quick activation are its main strengths, while on the other hand, the major drawback is the management and control of the thrust profile. This thesis analyzes the main performance characteristics of such engines, including specific impulse, combustion chamber pressure, and grain geometry. A general overview of the various types of propulsion systems existing today will also be presented, with greater emphasis on liquid propulsion systems, being the second most common type of propulsion. The thesis concludes with a reflection on the potential of solid propulsion, highlighting its limitations and possible uses in modern space exploration.

Questo elaborato presenta un analisi tecnica dei motori a propellente solido utilizzati in ambito aerospaziale. Verranno illustrati i pincipi chimico-fisici alla base di questo tipo di propulsione, con riferimento all'equazione del razzo e all'espansione dei gas in un ugello convergente-divergente. Questa tipologia di motori è stata una delle prime ad essere impementate e per questo rappresentano una tecnologia consolidata di cui si conoscono limiti e vantaggi: la semplicità costruttiva, robustezza e rapidità di attavazione sono i maggiori punti di forza, ma, al contrario, lo svantaggio maggiore è la gestione e controllo del profilo di spinta. In questa tesi si analizzano le principali caratteristiche prestazionali di tali motori, tra cui impulso specifico, pressione di combustione e geometria del grain. Inoltre verrà proposta una panoramica generale sui vari tipi di propulsione che esistono ad oggi, dando maggior importanza a quelli a propulsione liquida, essendo i secondi principali tipi di propulsione. La tesi si conclude con una riflessione sul potenziale della propulsione solida, sottolineandone i limiti e le possibilità di utilizzo nell'esplorazione spaziale moderna.