¿Qué hace que los ocho propulsores de hidracina de CAPSTONE-1 sean tan "súper pequeños y de alto rendimiento"? ¿Cómo funcionan sin ninguna presurización del tanque?

El sistema de propulsión innovador Ames Feature de la NASA se prepara para ayudar a estudiar la órbita lunar de Artemis dice:

El viaje de CAPSTONE a la Luna tomará alrededor de tres meses, comenzando con su lanzamiento a la órbita terrestre baja en un Rocket Lab Electron. La nave espacial Photon de Rocket Lab se hará cargo a continuación y realizará una serie de maniobras de elevación de la órbita para preparar el CubeSat para su ruta de transferencia a la Luna. Después de separarse de Photon, CAPSTONE utilizará una transferencia lunar balística de bajo consumo utilizando su sistema de propulsión a bordo y entrará en una órbita de halo casi rectilínea en las cercanías y alrededor de la Luna. Allí, mantendrá la órbita para informar a futuras naves espaciales y demostrar nuevas tecnologías.

El sistema de propulsión de CAPSTONE está diseñado y construido por Stellar Exploration Inc. de San Luis Obispo, California. Inicialmente financiado por el programa de Investigación de Innovación para Pequeñas Empresas de la NASA, el sistema tiene aproximadamente 8 pulgadas cuadradas por 4 pulgadas de profundidad. Los ocho propulsores del sistema se alimentan con hidracina desde un tanque sin presión. Los propulsores súper pequeños y de alto rendimiento de CAPSTONE integran tecnología comprobada de la NASA con técnicas de fabricación de la industria de vanguardia.

Pregunta: ¿ Qué hace que los ocho propulsores de hidracina de CAPSTONE-1 sean tan "súper pequeños y de alto rendimiento"? ¿Cómo funcionan sin ninguna presurización del tanque?

¿Tienen un ISP más alto que otros propulsores de hidracina, o es que tienen un rendimiento similar al de otros propulsores de hidracina de alto rendimiento pero caben en un volumen más pequeño? Sin ninguna presurización en el tanque, ¿cómo llega de manera confiable la hidracina líquida al propulsor?


¿Qué es CAPSTONE? enlaces a muchos recursos, incluida esta imagen:

El lanzamiento de la misión CAPSTONE está planificado para 2021. El autobús satelital Photon de Rocket Lab llevará a CAPSTONE en una trayectoria hacia la Luna.  Créditos: NASA/Rocket Lab/Advanced Space/Tyvak Nano-Satellite Systems

El lanzamiento de la misión CAPSTONE está planificado para 2021. El autobús satelital Photon de Rocket Lab llevará a CAPSTONE en una trayectoria hacia la Luna. Créditos: NASA/Rocket Lab/Advanced Space/Tyvak Nano-Satellite Systems

Respuestas (1)

Una búsqueda exhaustiva de 42 segundos en Google revela esto en el sitio web de Stellar Exploration :

Como parte de las primeras actividades de I+D para una misión de nanosatélites en el espacio profundo financiada por la NASA, hemos diseñado, construido y probado un propulsor bipropulsor hipergólico miniaturizado. Proporciona 3 N de empuje con un impulso específico de 285 segundos. El propulsor se presuriza con bombas de engranajes, lo que permite una medición precisa del propulsor y un diseño de tanque de baja presión.

Presumiblemente, el tanque no está presurizado en relación con la presión ambiental en la plataforma de lanzamiento , es decir, presurizado a alrededor de 15 psia (absolutos), lo suficiente como para entregar propulsor a la entrada de la bomba de engranajes, que luego eleva la presión a algo útil en un pequeño propulsor (la mayoría de los pequeños propulsores biprop de Aerojet, por ejemplo, necesitan 100-400 psia).

Las bombas de engranajes son solo un cierto tipo de bomba de fluido. Supongo que estos son accionados eléctricamente, ya que la tasa de flujo de masa requerida para el empuje 3N no es extremadamente alta (del orden de un gramo por segundo). Esto es bastante inteligente; por lo general, los motores de cohetes muy pequeños dependen de la presurización del tanque porque una turbobomba es una gran inversión tanto en la masa volada como en el esfuerzo de desarrollo. Un pequeño motor eléctrico hace el trabajo, y debería ser práctico hacer arreglos para que otros equipos eléctricos (instrumentos o incluso comunicaciones) estén inactivos mientras se realiza el trabajo sostenido del propulsor. A cambio del motor de la bomba, puede reducir el peso de su tanque.

El artículo de CAPSTONE menciona el propulsor de hidracina mientras que el sitio de Stellar anuncia bipropulsor hipergólico. Como señala JFL, la hoja de datos establece que ofrecen "alternativas monohélice (para aplicaciones menos exigentes)".

"Súper pequeño" es lo que esperarías que fuera un propulsor 3N. El propulsor MR-111G de Aerojet, por ejemplo, produce 4N de una unidad de 8 pulgadas y 370 gramos .

"Alto rendimiento" es lenguaje de marketing y no significa nada, excepto posiblemente "cuando vea las especificaciones probablemente no pensará 'vaya, ese es un rendimiento terrible'" (a menos que sea David Hammen). El impulso específico de 285 segundos es comparable a los propulsores bipropulsores más pequeños de Aerojet, pero los más grandes, con toberas de alta relación de expansión, llegan a los 300 bajos.

Con respecto a mono y biprop, la hoja de datos (accesible a través de su enlace) menciona "Para misiones con requisitos de propulsión exigentes (> 1 km / seg) [...] bipropulsor hipergólico (hidracina y NTO)" y "Alternativas de monoprop (para aplicaciones menos exigentes )"
Wow, esa es una actuación terrible.
Las APU de lanzadera usaban bombas de engranajes para su combustible de hidracina, impulsadas por la turbina de la APU a través de una caja de cambios. Caudal de arranque proporcionado por un tanque presurizado.