ETD

• internal ballistics
• rocket trajectory
• solid rocket motor
• sounding rockets

The thesis focuses on the simulation of the sounding rocket missions using the Red Kite solid rocket motor developed by Bayern-Chemie GmbH. First, the motor is analyzed from an internal ballistics perspective, leading to the development in Matlab of the Solid-propulsion Analytical Model (SAM). The tool models combustion processes and propellant geometry evolutions, enabling the estimation of chamber pressure and thrust profiles. In a second phase, an existing trajectory model is improved by including the effects of Earth’s curvature and rotation, enhancing impact point prediction accuracy while maintaining low computational cost. In the final phase, reverse engineering techniques were employed to estimate the thrust profiles of the Black Brant and Improved Malemute solid rocket motors, used as second stages in some Red Kite missions and for which only partial information is available in the literature. Finally, all missions employing the Red Kite motor were simulated and compared with the outputs of a validated DLR flight simulator, yielding overall errors below 10% and supporting the validity of the proposed methodology.

La tesi si concentra sulla simulazione delle missioni di razzi sonda equipaggiati con il motore a propellente solido Red Kite, sviluppato da Bayern-Chemie GmbH. In una prima fase, la balistica interna del motore è stata analizzata tramite lo sviluppo in Matlab del tool SAM (Solid-propulsion Analytical Model), in grado di modellare i processi di combustione e l’evoluzione della geometria del propellente. Il codice consente di stimare la pressione in camera di combustione e il profilo di spinta generato dal motore. Successivamente, un modello di traiettoria esistente è stato aggiornato introducendo effetti legati alla curvatura e alla rotazione terrestre, migliorando la previsione del punto di impatto senza aumentare significativamente il costo computazionale. In una fase finale, è stato sviluppato un processo di reverse engineering per stimare i profili di spinta dei motori a propellente solido Black Brant e Improved Malemute, utilizzati come secondi stadi per alcune missioni effettuate da Red Kite e per i quali sono disponibili solo informazioni parziali in letteratura. Infine, tutte le missioni equipaggiate con Red Kite sono state simulate e confrontate con i risultati di un modello validato del DLR, ottenendo errori complessivi inferiori al 10%.