Siedeexperiment auf der Internationalen Raumstation erfolgreich abgeschlossen

Robin Behle und Dr. Axel Sielaff (r.) im Labor. Mit der Versuchszelle können Strömungen hoch aufgelöst analysiert werden. Katrin Binner/TU Darmstadt. Verwendung nur in Zusammenhang mit Berichterstattung über das Siedeexperiment RUBI.

Im Weltall läuft vieles in Zeitlupe. Das machen sich Forschende der TU Darmstadt zunutze. Mithilfe des Experimentes RUBI (Reference Multiscale Boiling Investigation) gehen sie dem physikalischen Prozess des Siedens genauer auf den Grund.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts für Technische Thermodynamik (TTD) haben unter dem Dach der ESA und mit internationalen Partnern den Versuch entwickelt und für seinen Einsatz auf der Internationalen Raumstation ISS auf Schuhkartongröße verkleinert.

Nach seiner Ankunft auf der ISS im Juli 2019 wurden von September 2019 bis Februar 2020 mit RUBI 2353 Experimente im All erfolgreich gefahren. Seit Beginn der Messungen wurden allein aus diesem Projekt rund 18 Terabyte Daten, darunter rund 17 Millionen Bilder, von der Raumstation auf die Erde geschickt.

Auf Basis dieser Messdaten und von Vergleichsdaten, die bei Parabelflügen erhoben wurden, wollen die Expertinnen und Experten präzisere Modelle für den Prozess der Wärmeübertragung entwickeln. „Für die Übertragung von Energie in Form von Wärme ist das Sieden eines der effizientesten Verfahren überhaupt“, erläutert Axel Sielaff, Wissenschaftler am TTD.

Für das Verständnis dieses Prozesses ist es entscheidend, die physikalischen Phänomene genauer als bislang zu analysieren, die rund um die Bildung der beim Siedevorgang entstehenden Dampfblasen ablaufen. Die Schwerelosigkeit macht es möglich: Hier entwickeln sich die Blasen deutlich langsamer und sie werden gleichzeitig deutlich größer als im Labor auf der Erde.

Die Ergebnisse aus dem RUBI-Experiment könnten wegweisend sein nicht nur für eine umweltschonendere Kühlung und Beheizung von Geräten und Anlagen auf der Erde, zum Beispiel Computern, Rechenzentren, Klimaanlagen, Batterien oder Kraftwerken, sondern auch für die Optimierung der Wärmeregelungssysteme von Satelliten oder Raumfahrzeugen, sagt Experte Sielaff. „Mit unserer Grundlagenforschung wollen wir die Basis legen für die Entwicklung von Produkten, die nicht nur kompakter und sicherer werden, sondern vor allem auch effizienter“.

Hintergrund: Das Experiment und das Konsortium
RUBI ist Teil des Fluid Science Laboratory (FSL) im europäischen ISS-Forschungsmodul Columbus. Ein in Darmstadt entwickelter und gebauter Heizer erhitzt ein Kältemittel. Ein Laser zündet einzelne Blasen. Eine Hochgeschwindigkeitskamera erfasst die gesamte Entwicklung dieser Blasen, eine Infrarotkamera misst die Temperatur der erhitzten Region.

RUBI beinhaltet außerdem eine Pumpe, die eine Scherströmung erzeugt, also das Fluid kontinuierlich von einer Seite über die beheizte Oberfläche fließen lässt. Mittels einer Elektrode kann im Versuchsraum auch eine Hochspannung erzeugt werden, um den Einfluss eines elektrischen Feldes auf die Blasenentwicklung zu untersuchen. Die Versuche werden auf der ISS gespeichert, können aber auch von der Erde aus live verfolgt werden.

Unter Koordination von Prof. Dr.-Ing. Peter Stephan, Leiter des Instituts für Technische Thermodynamik (TTD) an der TU Darmstadt, beteiligen sich 14 Universitäten und Forschungsinstitutionen aus Europa, Russland, Japan und den USA an RUBI, darunter das Department of Energy, Process and System Engineering der Universität PISA, das Institut de Mécanique des Fluides von Toulouse (IMFT) und die Multiphase Dynamics Group der Aristoteles Universität von Thessaloniki.

Das Experiment wird finanziert von der European Space Agency (ESA), wurde gemeinsam mit Airbus Defence & Space entwickelt und wird gesteuert vom Belgian User Support and Operations Centre (B-USOC). Um die im Zuge von RUBI entwickelten Auswertemethoden zu bündeln und gemeinsam zu optimieren hat das TTD das Programm Code exchAnge for RUBI Analysis Tools (CARAT) initiiert, auf das alle Forschungspartner Zugriff haben. RUBI ist an der TU Darmstadt angesiedelt im Profilbereich Thermo-Fluids & Interfaces.

Über die TU Darmstadt
Die TU Darmstadt zählt zu den führenden Technischen Universitäten in Deutschland. Sie verbindet vielfältige Wissenschaftskulturen zu einem charakteristischen Profil. Ingenieur- und Naturwissenschaften bilden den Schwerpunkt und kooperieren eng mit prägnanten Geistes- und Sozialwissenschaften. Weltweit stehen wir für herausragende Forschung in unseren hoch relevanten und fokussierten Profilbereichen: Cybersecurity, Internet und Digitalisierung, Kernphysik, Energiesysteme, Strömungsdynamik und Wärme- und Stofftransport, Neue Materialien für Produktinnovationen. Wir entwickeln unser Portfolio in Forschung und Lehre, Innovation und Transfer dynamisch, um der Gesellschaft kontinuierlich wichtige Zukunftschancen zu eröffnen. Daran arbeiten unsere 308 Professorinnen und Professoren, 4.500 wissenschaftlichen und administrativ-technischen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie rund 25.200 Studierenden. Mit der Goethe-Universität Frankfurt und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz bildet die TU Darmstadt die strategische Allianz der Rhein-Main-Universitäten.

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Silke Paradowski idw - Informationsdienst Wissenschaft

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