Technologie

Konvektion in der Schwerelosigkeit

11.04.2019 - Mikrogravitations-Experimente zu thermoelektrischer Konvektion sollen Wärmetauscher verbessern.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) fördert ein dreijähriges Forschungs­projekt am Lehrstuhl Aero­dynamik und Strömungs­lehre mit rund 666.00 Euro. Unter dem Titel „Thermo­elektrische Konvektion im Zylinder­spalt unter Schwerelosigkeit", kurz TEKUS, bereiten die BTU-Wissenschaftler ab April 2019 ein Experiment zu thermo­elektrischen Strömungen in einer Zylinder­spaltgeometrie für einen Forschungs­raketenflug des TEXUS-Programms des DLR vor. Mit den Erkenntnissen erhoffen sie sich, einen Beitrag zu leisten für technische Anwendungen insbesondere im Bereich von miniaturisierten (Rohr-)Wärmetauschern.

„Dass wir unsere Strömungsexperimente auf einer TEXUS-Rakete in die Schwerelosigkeit schicken können, ist einfach einzigartig. Im Vergleich zu den Parabelflügen, die wir schon mehrere Jahre absolvieren, ist unser Experimentmodul in einem etwa 14 Mal so langen Zeitraum in annähernder Schwerelosigkeit. Unsere Ergebnisse verbessern sich damit deutlich“, so der Inhaber des Lehrstuhls Aerodynamik und Strömungslehre Christoph Egbers. „Unsere automatisierten Experimente müssen dabei zuverlässig funktionieren, denn im Unterschied zu den Parabelflügen können wir vor Ort nicht manuell eingreifen“, ergänzt Projektleiter Martin Meier.

Der Flug startet vom europäischen Raketenstartplatz Esrange (European Space Range) bei Kiruna in Nordschweden. Die zweistufige, 13 Meter lange Feststoff-Rakete erreicht eine Gipfelhöhe von etwa 250 Kilometern. Sechs von insgesamt 15 Minuten befinden sich die Experimentmodule in annähernder Schwerelosigkeit, die nur etwa einem Zehntausendstel der normalen Erdschwerkraft entspricht. Ein Fallschirm bringt die wissenschaftliche Nutzlast, die Raketenspitze mit den Versuchsanordnungen, nach dem Flug wieder zurück zum Boden. Während des Raketenflugs können die Forscher vom Boden aus ihre Versuche bei Bedarf auch durch Telecommanding und Videoübertragung direkt steuern und überwachen. Die wissenschaftlichen Daten werden per Telemetrie übertragen oder nach der Bergung der Nutzlast gesichert.

Zur Vorbereitung der TEXUS-Mission sind ebenfalls zwei Parabelflugkampagnen für den Test der Messtechnik und neuer Komponenten für das Experiment vorgesehen. Das neu aufzubauende Modul für die Rakete wird in enger Zusammenarbeit mit der Airbus-Division Defence & Space in Bremen entwickelt. Der Start ist im Frühjahr 2021 geplant.

Mit den vier sehr erfolgreichen Parabelflugexperimenten in Bordeaux, die die Forschergruppe um Martin Meier innerhalb des Forschungsprojekts „Konvektion im konzentrischen Spalt (KIKS)“ durchgeführt hat, wurde der Grundstein für die Bewilligung des neuen Projektes gelegt. In einem Parabelflug dauert die Mikrogravitation etwa 22 Sekunden an und wird abwechselnd mit Phasen normaler und nahezu doppelter Erdbeschleunigung ungefähr dreißig Mal wiederholt.

Im Wissenschaftsprogramm TEXUS (Technologische Experimente unter Schwerelosigkeit) führen Wissenschaftler auf durchschnittlich zwei TEXUS-Flügen pro Jahr mit Forschungsraketen biologische, materialwissenschaftliche und physikalische Experimente unter Weltraumbedingungen durch. Es ist das weltweit erfolgreichste und am längsten bestehende Raketenprogramm für wissenschaftliche Versuche und Technologieerprobungen in Schwerelosigkeit. Im gesamten TEXUS-Programm wurden seit 1977 etwa 300 wissenschaftliche Experimente durchgeführt, siebzig Prozent davon im Auftrag des DLR und etwa dreißig Prozent im Rahmen einer Beteiligung durch die europäische Raumfahrtagentur ESA.

BTU Cottbus-Senftenberg / DE
 

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