La propulsione elettrica: analisi e applicazioni di una tecnologia in sviluppo

The thesis provides a technical and physical analysis of the principles underlying electric propulsion systems, presenting their main categories: electrothermal, electrostatic, and electromagnetic thrusters. Ideal performance, technological limitations, and the subsystems required for their operation are discussed, with particular focus on energy-related and engineering aspects. A direct comparison with chemical propulsion highlights how the two systems are complementary: the former remains indispensable for launch phases and high-acceleration maneuvers, while the latter is essential for long-duration missions and payload mass optimization. The analysis also includes practical applications, such as the Dawn mission, and future scenarios such as nuclear electric propulsion and Air-Breathing Electric Propulsion (ABEP), capable of extending the horizon of space exploration. The work concludes that electric propulsion, despite its limitations related to low thrust and system complexity, represents a fundamental pillar for future interplanetary missions and the sustainable development of space infrastructures.

La tesi analizza in modo tecnico-fisico i principi alla base dei propulsori elettrici, presentandone le principali tipologie: elettrotermici, elettrostatici ed elettromagnetici. Vengono discusse le prestazioni ideali, i limiti tecnologici e i sottosistemi necessari al loro funzionamento, con particolare attenzione agli aspetti energetici e ingegneristici. Un confronto diretto con la propulsione chimica mette in evidenza come i due sistemi siano complementari: la prima risulta insostituibile nelle fasi di lancio e nelle manovre ad alta accelerazione, mentre la seconda è fondamentale per missioni a lunga durata e per l’ottimizzazione della massa utile. L’analisi include inoltre casi applicativi, come la missione Dawn, e scenari futuri quali l’impiego di propulsione elettrica nucleare e l’Air-Breathing Electric Propulsion (ABEP), capaci di estendere l’orizzonte dell’esplorazione spaziale. Il lavoro conclude che la propulsione elettrica, pur con i suoi limiti legati a bassa spinta e complessità dei sistemi, rappresenta un pilastro indispensabile per le future missioni interplanetarie e per lo sviluppo sostenibile delle infrastrutture spaziali.