Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bremer Experiment für die ISS: Wie verhält sich Flüssigkeit im Weltall?

08.04.2010
Experimentmodul des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation der Universität Bremen fliegt im Space Shuttle Discovery mit zur Internationalen Raumstation.

Am 5. April 2010 startete um 12:21 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit das Space Shuttle Discovery vom Kennedy Space Center in Cape Canaveral (Florida) zur Internationalen Raumstation ISS: Mit an Bord ist eine Forschungsapparatur für ein Experiment, das von Wissenschaftlern der Universität Bremen und der Portland State University (USA) im Rahmen des bilateralen Kooperationsprojekts "Capillary Channel Flows" (CCF) entwickelt worden ist.

Bei dem Experiment, das im Laufe des Jahres in der ISS durchgeführt wird, soll untersucht werden, wie sich Flüssigkeiten in einer spezifischen geometrischen Anordnung - in kapillaren Kanälen - unter Schwerelosigkeitsbedingungen verhalten. Die Klärung dieser Frage ist für die technische Auslegung von künftigen Treibstofftanks für Raketenoberstufen und Satelliten von besonderem Interesse.

Wie kam die Zusammenarbeit zwischen NASA und ZARM zustande?

Die NASA hatte weltweit Experimentiermöglichkeiten für die Raumsstation ISS ausgeschrieben. Die Wissenschaftler Dr. Michael Dreyer (Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation ZARM, Universität Bremen) und Professor Mark Weislogel (Portland State University, USA) erhielten für ihr Projekt zum Thema "Strömungen in Kapillarkanälen" den Zuschlag - Beleg für die international anerkannte Forschung des ZARM über das Verhalten von Flüssigkeiten unter Schwerelosigkeit. Die Arbeiten werden seit Jahren mit Bundesmitteln durch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR / Förderkennzeichen 50 WM 0845) unterstützt. Das DLR-Raumfahrtmanagement förderte neben den Bremer Forschungsaktivitäten zugleich - mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie - die Entwicklung und den Bau der Forschungsapparatur CCF durch die deutsche und europäische Raumfahrtindustrie (Astrium). In einer multilateralen Zusammenarbeit kam das konkrete Projekt "Capillary Channel Flows" heraus. Konkret vereinbart ist: Die NASA ist im Wesentlichen für den Transport der Apparatur zur ISS, deren dortigen Betrieb und das Astronautentraining verantwortlich. Die deutsche Seite stellt die Apparatur für den Bordeinsatz sowie ein Ingenieur- und ein Trainingsmodell zur Verfügung. Das Flugmodell wird in der "Microgravity Science Glovebox" (MSG) der NASA im Columbus-Modul der ISS installiert.

Hintergrund zur Flüssigkeitshandhabung unter Schwerelosigkeit

Ob Raumsonde, Fernsehsatellit oder auch ein zukünftiger bemannter Mond- oder Mars-Flug: An Bord von Weltraumfahrzeugen ist es von entscheidender Bedeutung, Flüssigkeiten unter den schwierigen Bedingungen der Schwerelosigkeit sicher und effektiv zu handhaben. Das gilt sowohl für Treibstoffe als auch für Wasser und flüssige Gase. Auf der Erde ist dies kein Problem. Benzin in einem Autotank beispielsweise schwappt dank der Erdanziehung immer am Boden. Unter Schwerelosigkeit hingegen verteilt sich der Treibstoff überall im Tank. Eine große Herausforderung für Raumfahrttechniker ist es nun, den Raketentreibstoff im Tank zur Auslassöffnung zu fördern und den Raketentriebwerken blasenfrei zur Verfügung zu stellen. Eine besonders viel versprechende und elegante technische Lösung ist der Einsatz von seitlich offenen Leitungen, so genannten Kapillarkanälen.

Dabei strömt eine Flüssigkeit zwischen zwei parallel zueinander angeordneten, schmalen Platten. Dieser Kapillarkanal ist also oben und unten begrenzt, links und rechts dagegen offen. Die strömende Flüssigkeit wird durch ihre Oberflächenspannung und die gute Benetzung zum Wandmaterial zwischen den beiden Platten gehalten. Welche Kräfte dabei wirksam sind und wie sie interagieren, wird aktuell mit den Gleichungen der Strömungsmechanik mathematisch modelliert. Eine Verifizierung (oder Validierung) der theoretischen Berechnungen kann jedoch nur an Experimenten durchgeführt werden.

Diesem Ziel dient ein Raumstationsexperiment, das mit einem Kapillarkanal aus zwei parallelen Glasplatten durchgeführt wird. Die Breite der Platten beträgt 25 Millimeter, ihr Abstand 5 Millimeter, und die Länge des Kanals sowie der Volumenstrom können während der Mission variiert werden. Als Flüssigkeit wird ein sehr dünnflüssiges Fluid verwendet, dessen Stoffeigenschaften wie Zähigkeit, Dichte und Oberflächenspannung in Kombination mit der Geometrie des Testkanals realen Treibstoffen sehr ähnlich sind. Die Ergebnisse können somit vom Modell auf ein Raumfahrzeug übertragen werden. Eine hochauflösende Kamera filmt das Experiment und sendet ihre Daten direkt zur Bodenstation, von wo aus die Versuchsleiter sofort in den Ablauf eingreifen können.

Universität Bremen
Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM)
Privatdozent Dr.-Ing. Michael Dreyer
Tel. 0 421 2184038
E-Mail: michael.dreyer@zarm.uni-bremen.de

Eberhard Scholz | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bremen.de
http://www.zarm.uni-bremen.de/2forschung/grenzph/isoterm/crit_velo/crit_velo.htm

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Industrie 4.0 - Esperanto für Maschinenkomponenten
01.08.2018 | fortiss - Forschungsinstitut des Freistaats Bayern für softwareintensive Systeme und Services

nachricht Innovativ: FH-Professor entwickelt neue Methode für die Raumfahrt
30.07.2018 | FH Aachen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Dialog an Deck, Science Slam und Pong-Battle

21.08.2018 | Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Zukünftige Informationstechnologien: Wärmetransport auf der Nanoskala unter die Lupe genommen

21.08.2018 | Physik Astronomie

Bedeutung des „Ozeanwetters“ für Ökosysteme

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Auf dem Weg zur personalisierten Medizin

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics