The capability of instant pulse and restartability is a fundamental specialty of in-space propulsion. A hypergolic propellant is considered the most suitable propellant combination for in-space propulsion. Traditional toxic hypergols have been extensively adopted in satellite/interceptors due to their high performance and good storability. Recently, Green/low-toxicity propellant has been remarked as the replacement because it can offer benign safety procedures, handling infrastructure, and significantly reduce economic expenses. Herein, the challenges ahead of the feasibility of substituting such toxic hypergols in the practical application were demonstrated; the study was aimed to resolve typical poor ignition performance and enhance understanding of reactive burning spray. The hybrid use of catalytic and redox reactions reduces the ignition delay to less than 3 ms, which is comparable to that of hydrazine/nitrogen tetroxide. Furthermore, the visualization of burning spray was implemented using a blue light spectrum. The dynamic pressure ratio significantly varied the hypergolic burning spray structure. The inherent hypergolic instabilities were injection mixing explosion and popping throughout the comprehensive analysis based on the visualization in sync with pressure perturbation. Moreover, the hypergolic combustion under pressure exhibited shock instability, and the suppression strategies regarding modification of thruster dimensions and propellant were attempted.
재래식 독성 접촉 점화 추진제는 추진제 특유의 매우 높은 독성이 있음에도 위성/요격체계에 소요되는 추진기관에 고성능과 저장성의 장점으로 1950년대부터 해외 우주선진국을 중심으로 독점적으로 적용 되어오고 있다. 최근 친환경/저독성 추진제에 대한 관심이 환기되어오고 있음에 따라 재래식 독성 추진제를 보다 낮은 독성과 이에 따라 요구되는 경제적 비용 감소로 과산화수소 기반 접촉 점화 추진제의 대체 가능성이 주목되고 있다. 본 연구에서는 과산화수소 기반 접촉 점화 추진제의 낮은 점화 특성과 점화제 기반 연소 유도에 따른 분무 특성에 대한 이해를 중점적으로 연구하고자 하였다. 과산화수소의 주요 발열 경로인 촉매/환원 반응의 복합 사용 시 기존 하이드라진/사산화질소 기반 추진제에 준하는 약 3 ms 이내의 점화지연 성능을 확보 할 수 있었다. 또한, 청색광을 활용한 분무 가시화를 수행함으로 써 연료/산화제의 동압비에 분무 구조가 상이함을 확인하였다. 과산화수소 기반 접촉 점화 추진제는 충돌 혼합 폭발과 popping이 주된 고유의 연소불안정성을 확인하였으며 이를 압력 섭동과 결부된 분무가시화 분석을 통해 심층적으로 연구하였다. 또한 압력 환경 하에서 충격파가 동반되는 불안정성 요소가 확인되었으며 이를 억제하기 위한 추력기 요소 및 추진제 변경을 통한 억제 기법을 시도하였다.
