Knifflig: Blasenfreies und schnelles Fließen im All

9. Jänner 2011, 18:31
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Deutsche Wissenschafter steuern Versuche zum Flüssigkeitstransport in der Schwerelosigkeit

Die Handhabung von Flüssigkeiten in der Schwerelosigkeit ist eine komplizierte Angelegenheit, vor allem der Umgang mit Treibstoffen erfordert einen erheblichen Aufwand: Im Tank eines Satelliten oder eines Raumfahrzeugs bleibt der Treibstoff ja nicht am Boden - wie in einem Benzintank auf der Erde -, sondern verteilt sich an den Tankinnenwänden und anderen Bauteilen. Eine Vorrichtung ist notwendig, die den Treibstoff dorthin befördert, wo er gebraucht wird.

Seit 2. Januar 2011 läuft daher auf der Internationalen Raumstation ISS eine neue Versuchsanlage, die die Frage beantworten soll, wie es im All möglich ist, Flüssigkeiten durch Kapillarkanäle zu schleusen, ohne dass sich dabei störende Bläschen bilden. Gesteuert wird die mehrmonatige Experimentserie vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) in Bremen

Der technisch aufwändige Versuchsapparat wurde von Astrium in Friedrichshafen gebaut und mit dem Space Shuttle "Discovery" am 5. April 2010 zur Raumstation befördert. Dieser wurde nun an Bord der ISS von den Astronauten in die sogenannte Microgravity Science Glovebox (MSG) eingebaut.

Blasenfrei und schnell

Ziel der Untersuchungen ist es, die Flüssigkeit mit Hilfe von Kapillarkanälen blasenfrei zu fördern. Dabei strömt die Flüssigkeit zwischen zwei parallel angeordneten Platten zum Auslass aus dem Tank. Der Kanal ist oben und unten begrenzt und seitlich offen. Dass der angesaugte Treibstoff trotzdem zwischen den Platten bleibt, liegt an den Adhäsions- und Kohäsionskräften und der daraus resultierenden Oberflächenspannung. Bei dem Experiment soll insbesondere geklärt werden, welche Strömungsgeschwindigkeiten möglich sind, ohne dass Blasen mit angesaugt werden oder der Flüssigkeitsstrom abreißt.

Die Flüssigkeit zu sammeln und blasenfrei zum Auslass zu befördern, bedarf daher besonderer technischer Lösungen, an denen Wissenschafter schon seit Jahren arbeiten. Der Versuchsaufbau ist zuvor im Bremer Fallturm und bei ballistischen Raketenflügen in bis zu 270 Kilometer Höhe getestet worden. Für die Experimente auf der Raumstation steht nun wesentlich mehr Zeit zur Verfügung als bisher und ermöglicht damit die Variation diverser Strömungsparameter, wie zum Beispiel der Kanallänge, des Volumenstroms, der Änderung des Volumenstromes sowie eine Oszillation der Strömung.

Im Rahmen der Mission werden extrem große Datenmengen, u. a. Bilder von Hochgeschwindigkeitskameras, aufgenommen, verarbeitet und nach Bremen übertragen. Deren Auswertung wird die vorhandenen mathematischen Modelle von Kapillarströmungen validieren und so deren Zuverlässigkeit zur Optimierung technischer fluidmechanischer Bauteile erhöhen. (red)

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    Der Apparat für die Flüssigkeitsversuche wurde in die sogenannte Microgravity Science Glovebox (MSG) eingebaut. Im Bild arbeitet der japanische Astronauten Koichi Wakata mit der MSG an einem früheren Experiment.

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