1.4 Utilizzo di endoreattori a propellenti ibridi : notizie storiche e prospettive future
Gli endoreattori a propellenti ibridi possono essere utilizzati, oltre che per i razzi sonda anche per manovre di ascesa in orbita, manovre orbitali e controllo di assetto. Ricordiamo che nel 2003 lo SpaceShipOne raggiunse la quota di 100 km con equipaggio umano dopo essere stato trasportato dal velivolo White Knight fino alla quota di 15 km. Lo SpaceShipOne sfruttava un endoreattore a propellenti ibridi con un grano di combustibile (HTPB) a quattro porte e protossido di azoto come ossidante.
Lo sviluppo dei razzi ibridi ed i primi voli di test iniziarono negli U.S.A. ed in Europa negli anni ’60. I primi esperimenti furono condotti con piccoli razzi sonda. Alla fine degli anni ’60 iniziarono le prime investigazioni su endoreattori ibridi più grandi in grado di generare spinte per il lancio di veicoli spaziali. La bassa velocità di regressione portò a creare una struttura multiporta per il grano che però presentava il problema dello riempimento non efficiente della camera di combustione ed un alto residuo di propellente. Verso la fine degli anni ’70 l’interesse per gli ibridi tornò alto soprattutto per i problemi di stoccaggio degli endoreattori a propellenti solidi e della loro pericolosità. L’esplosione di alcuni boosters solidi fece nuovamente pensare alla sicurezza dei propellenti ibridi e continuò lo studio di tali sostanze. Negli ultimi 10/15 anni con la nascita della American Rocket Company (AMROC) e dell’ Hybrid Propulsion Industry Action Group (HPIAG) sono stati fatti molti progressi nello studio di grossi razzi alimentati a propellenti ibridi. L’attenzione è sempre stata focalizzata nel risolvere il problema dell’eccessivo allungamento di questi razzi dovuto alle basse velocità di regressione.
Studi recenti alla Stanford University hanno trovato una classe di combustibili basati sulla paraffina con delle velocità di regressione superiori ai tradizionali propellenti usati negli ibridi. Questi nuovi propellenti producono, con il riscaldamento, uno strato di liquido a contatto con il solido che presenta una grande instabilità dovuta al flusso dell’ossidante nella porta. Questo produce la formazione di piccole gocce di combustibile che entrano nel flusso di ossidante ed incrementano notevolmente il trasporto di massa del combustibile aumentando la sua velocità di regressione. Test di laboratorio hanno dimostrato che le velocità di regressione di una combinazione WAX-LOX sono 4-5 volte superiori a quelle della classica combinazione HTPB-LOX. Queste nuove combinazioni di propellenti sono in fase di studio e nella Appendice A abbiamo riportato le caratteristiche dei gas combusti anche per la combinazione NOX-WAX.
