Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 8.18
Simplified diagram of a spinner’s reaction control subsystem employing monopropel-
lant hydrazine fuel.

---

8.3
Spacecraft Bus Subsystems
277
Note the use of an isolation valve in the line between the radial thruster and the
tanks, which can be closed if a thruster fails in the open position. Tanks and lines
typically are made from welded titanium and have been thoroughly tested on the
ground to preclude even the slightest possibility of a leak.
In the case of a three-axis satellite, the flow of fuel in the tank is controlled
by use of a device in the tank rather than the force of rotation. One approach is
to use a rubber diaphragm separating the fuel from the pressurant gas, allowing
the gas to push the fuel out of the tank, much the way we squeeze a tube of
toothpaste. Another more common technique employs vanes and spongelike
surface-tension devices to direct liquid fuel toward the tank exit by capillary action.
Conventional liquid monopropellant systems use hydrazine fuel alone, which
on contact with a catalyst decomposes into its constituents. The process releases
energy, resulting in high-pressure gas at the thruster nozzle. Another important
innovation in spacecraft RCS was the introduction of bipropellant technology, that
is, the use of a separate fuel and oxidizer. That is now the standard for GEO
satellites. Monopropellant and bipropellant thrusters are compared in Figure 8.19.
Having separate fuel and oxidizer produces greater thrust for the same weight of
fuel, which allows a bipropellant system to yield longer life (or conversely save
fuel weight for the same life). Of necessity, bipropellant systems have more tanks,
lines, and valves; therefore, there is some penalty in mass, cost and increased
complexity.
An improvement in monopropellant performance has been achieved with the
electrically heated thruster (EHT), which increases thrust by heating the propellant
with an electrical winding. Thrusting with the EHT has to be done in such a way
as to use excess electrical power; otherwise, there would be a weight penalty for
the additional solar cells. The benefits of bipropellant and EHT technology
Figure 8.19
Propellant thrusters employing monopropellant and bipropellant technologies.

---

278
Spacecraft Mission and Bus Subsystems
outweigh the costs for larger spacecraft and with missions that extend beyond 10
years.