Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 8.20
The principle of ion propulsion.
improves the price and/or the performance of satellites that must be raised from
the initial launch vehicle altitude to the final orbit. There are many considerations
in the use of electric propulsion, the most significant of which are the lifetime of
the thruster itself, the possibility of contamination of various critical spacecraft
surfaces from thruster effluent, and the need for high voltage and power to operate
the thruster itself. In particular, the wide plumes of the engines result in cant angles
of 45 degrees or more, reducing the achieved I
sp
and complicating the orbit and
attitude control methodology.
8.3.6
Solid-Fuel Rocket Motors
Many generations of GEO satellites used solid-fuel rocket motors for the injection
into the final circular orbit. We provide a review of this approach, although most
current designs employ liquid fuel for the reasons given in Section 10.1.3 and
summarized below.
Solid-fuel rocket motors are filled with a relatively hard, rubbery combustible
mixture of fuel, oxidizer, and binder. When ignited by a pyrotechnic device in the
motor case, the mixture burns rapidly, producing intense thrust lasting 1 minute,
more or less. Figure 8.21 shows a cross-section of a typical small solid motor. This
type of rocket motor delivers an I
sp
of approximately 300 seconds and is suitable
for major orbit changes, such as for perigee or apogee kick. Redundancy is applied
to the igniter, as shown. The case is constructed of titanium, although high-strength
fibers can be used when wound in the proper shape. Attached at the exit is a nozzle
assembly made of mixtures of carbon and other materials. During firing, the nozzle
gets red hot from the heat of the expelled gasses and is eroded by the particles in
the combustion products. Nozzle design is as much an art as a science, and the
importance of quality control and testing cannot be overemphasized. Failures of
such nozzles in the past have left satellites in unusable orbits.
As indicated in Figure 8.17, a single solid motor can be integrated into the
spacecraft and the empty case carried for the remainder of the satellite’s lifetime.
Other solid motors can be attached at the bottom and discarded after use. There

---

280
Spacecraft Mission and Bus Subsystems
Figure 8.21
Typical solid fuel rocket motor to be part of the spacecraft for use in apogee kick or
perigee kick.
has been a recent trend to use relatively large liquid bipropellant motors that may
or may not be part of the RCS because such a motor can be restarted and fired at
successive apogees. Solid motors will, however, still find application during launch
and orbit change simply because of their thrust, efficiency and simplicity.