ETD

• banco di prova
• bipropellant thruster
• flow control
• green propellants
• h2
• h2o2
• hydrogen
• hydrogen peroxide
• idrogeno
• perossido di idrogeno
• propulsore spaziale
• testbench
• water propulsion

The transition towards sustainable space exploration has accelerated the development of "green" propellants to replace highly toxic and carcinogenic hydrazine-based systems. In this context, the Horizon Europe Green SWaP project proposes an innovative architecture: utilizing solar energy to convert water into High-Test Peroxide (HTP) and gaseous hydrogen (H2) to fuel a 200 N bipropellant thruster for primary orbital maneuvers. This thesis details the design and development of the fluidic test bench infrastructure required for the experimental firing campaigns of this thruster at the University of Pisa. The work begins with a comprehensive analysis of the thruster's performance targets and the stringent safety requirements associated with handling highly reactive HTP, including strict material compatibility to prevent heterogeneous decomposition.The core of the thesis revolves around the conceptual and logical design of the facility, materialized in a complete Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) that manages the H2, HTP, and Nitrogen (pneumatic/purge) lines. This was coupled with the rigorous procurement of specialized fluidic components and sensors. Finally, the physical integration is presented through a detailed 3D CAD model, addressing logistical challenges, modularity, and the mechanical interfacing with the thrust balance inside the containment bunker. This detailed engineering effort establishes the foundation for the physical assembly, commissioning, and upcoming hot-fire tests of the thruster.

La transizione verso un'esplorazione spaziale sostenibile ha accelerato la ricerca di propellenti "green" in grado di sostituire i tradizionali e tossici composti a base di idrazina. In questo panorama si inserisce il progetto europeo Green SWaP, che propone un'architettura propulsiva innovativa basata sulla conversione dell'acqua in perossido di idrogeno ad alta concentrazione (HTP) e idrogeno gassoso (H2) per alimentare un propulsore bipropellente da 200 N. Il presente lavoro di tesi illustra la progettazione di dettaglio del banco di prova fluidico necessario per la campagna sperimentale di tale propulsore, condotta presso l'Università di Pisa. La prima fase ha previsto un'analisi rigorosa dei requisiti operativi del motore e delle criticità termodinamiche e di sicurezza legate alla manipolazione dell'HTP, con particolare attenzione alla compatibilità dei materiali per scongiurare fenomeni di decomposizione esplosiva.Il cuore del lavoro è rappresentato dallo sviluppo della logica di impianto tramite la stesura di uno schema P&ID completo, che gestisce in sicurezza le linee di idrogeno, HTP e azoto (per pressurizzazione e spurgo). Tale sviluppo è stato affiancato da un complesso processo di approvvigionamento della componentistica fluidica e sensoristica. La tesi si conclude con la trasposizione dello schema logico in un modello CAD 3D ad alta fedeltà, studiato per risolvere le sfide logistiche di trasporto, garantire l'accessibilità dei componenti e permettere una sicura integrazione meccanica con la bilancia di spinta all'interno dell'area di test. Il progetto costituisce la base fondamentale per la successiva fase di assemblaggio e per le operazioni di test del propulsore.