Raumfahrtanwendungen

TEKUS

Thermoelektrische Konvektion unter Schwerelosigkeit (DLR FKZ: 50WM1944)

Im Fokus unserer Untersuchungen stehen Experimente zur thermischen Konvektion in einer Zylinderspaltgeometrie unter dem Einfluss eines elektrischen Zentralkraftfeldes (elektrohydrodynamische Konvektion) (DLR FKZ: 50WM1944).

In Laborexperimenten auf der Erde liegt mit der Bedingung von g=9.81m/s2 eine dominierende Kraftwirkung (Auftrieb) vor. Diese bewirkt bei der Betrachtung der thermischen Konvektion in einem mit Fluid gefüllten Zylinderspalt eine ausgeprägte Vorzugsrichtung. Unter Mikrogravitation lässt sich mit Hilfe des dielektrophoretischen Effekts ein Kraftfeld im Zylinderspalt generieren, das nicht von der natürlichen Gravitationskraft überlagert ist. Mikrogravitations-Experimente zur Untersuchung der elektrohydrodynamischen Konvektion im Zylinderspalt wurden bisher im Rahmen von Parabelflug-Kampagnen im Herbst/ Frühjahr 2009 (Testflug), 2010, 2012, 2013, 2014, 2015, 2016, 2017 sowie im Frühjahr 2018 erfolgreich durchgeführt. Im Zentrum der bisherigen Untersuchungen stand der vertikale Zylinderspalt, der mit verschiedenen dielektrischen Flüssigkeiten und Aspektverhältnissen betrachtet wurde. Insgesamt hat sich hierbei gezeigt, dass mit Hilfe des dielektrophoretischen Effektes der Wärmetransport im System durch die Erzeugung von Instabilitäten in Form eines veränderten Strömungsmusters erhöht werden kann. Im Herbst 2018 wurden im Rahmen einer weiteren Parabelflugkampagne (VP#139) gemeinsam mit unseren französischen Partnern von der Universität Le Havre auch erste Untersuchungen mit einer Plattenspaltgeometrie durchgeführt. Neben den Parabelflugexperimenten werden auch Laboruntersuchungen unter Erdbedingungen durchgeführt.

Mit den erfolgreichen Parabelflugexperimenten, die die Forschergruppe des LAS um den Teamleiter Dr.-Ing. Martin Meier innerhalb des Forschungsprojekts »Konvektion im konzentrischen Spalt (KIKS)« durchgeführt hat, wurde der Grundstein für die Bewilligung eines neuen Projektes gelegt. In einem Parabelflug dauert die Mikrogravitation etwa 22 Sekunden an und wird abwechselnd mit Phasen normaler und nahezu doppelter Erdbeschleunigung ungefähr 30 Mal wiederholt. Im Fokus des Projekts "TEKUS" steht die experimentelle Untersuchung von thermoelektrischen Strömungen in einer Zylinderspaltgeometrie in einem Forschungsraketenflug des TEXUS-Programms (Technologische Experimente unter Schwerelosigkeit) des DLR-Raumfahrtmanagements. Hier werden Experimentmodule in einem Raketen-Parabelflug für sechs Minuten in eine Mikrogravitationsphase versetzt, in der nur ein Zehntausendstel der Erdbeschleunigung wirkt. Auf durchschnittlich zwei TEXUS-Flügen pro Jahr untersuchen Wissenschaftler aus Universitäten, Forschungseinrichtungen und der Industrie Phänomene aus der Biologie, Physik und Materialwissenschaft. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und die Europäische Weltraumorganisation stellen diese Flüge für ausgewählte Experimente bereit.

In dem neuen Projekt sind zur Vorbereitung der TEXUS-Mission ebenfalls zwei Parabelflugkampagnen zum Testen der Messtechnik und neuer Komponenten für das TEXUS-Experiment vorgesehen. Das neu aufzubauende Experimentmodul für die TEXUS-Rakete wird in enger Zusammenarbeit mit Airbus DS in Bremen entwickelt werden. Ziel ist ein Flug in der Frühjahrskampagne im Jahr 2021. Während des TEXUS-Fluges können die BTU-Wissenschaftler ihre Strömungsexperimente in annähernder Schwerelosigkeit in einem etwa 14-fach längeren Zeitraum vornehmen, als die Flugzeug-Parabelflüge es ermöglichen und damit eine deutliche Steigerung der Qualität der Versuchsergebnisse erreichen.

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Bibliographie

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