Institutsleiter

Prof. Dr.-Ing.
Stefanos Fasoulas

Stellvertreter

Prof. Dr.-Ing. Sabine Klinkner

Prof. Dr. rer. nat. Alfred Krabbe

Sekretariat
Prof. Fasoulas

Larissa Schunter

Sekretariat
Prof. Klinkner

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Institut für Raumfahrtsysteme
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Parabelflugexperiment "µg PBR" erfolgreich durchgeführt

1. Februar 2014; Dr. Stefan Belz (belz@irs.uni-stuttgart.de)

Update: Freitag, 14. Februar 2014:

Das Parabelflugexperiment wurde erfolgreich durchgeführt. Auf dem Bild ist das gesamte Team in passender Flight Suite zu sehen.
 

von links: Jens Bretschneider (IRS), David Höller (ETH), Stefan Belz (IRS), David Vogt (ETH), Melanie Buchert (IRS), Richard Droste (ETH), Emil Nathanson (IRS)


An den drei Flugtagen (Di, Mi, Do) konnten unterschiedliche Betriebsparameter und die eingesetzten Sensoren für Druck, Temperatur, CO2 und pH getestet und auf Ihre Tauglichkeit überprüft werden. Alle Sensoren funktionierten sehr gut bis auf der pH-Sensor. Innerhalb der CO2-Messwerte konnten "Parabelmuster" bei einer ersten Sichtung ausgemacht werden, siehe nachfolgendes Bild.

Der Wirbelfängers zur Trennung von Gas- und Flüssigphase hat seine Aufgabe sehr zufriedenstellend erfüllen können. Auf dem Bild links kann man in der Mitte den sich ausbildenden Gaskern feststellen, während auf dem rechten Bild unter Einfluss der Schwerkraft Gas- und Flüssigphase wie gewohnt voneinander getrennt sind.

Jetzt muss über eine angepasste Gaspumpe nachgedacht werden, um den Gaskern adäquat abzusaugen, da mit der verwendeten Pumpe ein recht starker Unterdruck auf das System ausgeübt wird. Der Beitrag der Studierenden der ETH Zürich war ebenfalls sehr erfolgreich. Die Strömungsmuster der drei Reaktorkammer-Geometrien konnten sehr gut visualisiert werden. Für die aufwändige Auswertung wird das PIV-(Particle-Image-Velocimetry-)Verfahren angewandt. Die Messung der Lichtsättigung war ebenfalls möglich. Auch hier sind wir auf die Auswertung gespannt. Abschließend werden die Ergebnisse hinsichtlich eines Weltraumexperimentes bewertet.

Weitere Infos folgen demnächst unter http://www.irs.uni-stuttgart.de/forschung/lebenserhaltung/index.html.

 

Update: Freitag, 07. Februar 2014:

Auf dem Bild ist das Parabelflugexperiment zu sehen, wie es erfolgreich im Airbus A300 der Firma Novespace integriert wurde.

von links: Melanie Buchert, Stefan Belz, Jens Bretschneider, Emil Nathanson und David Höller (Student, ETH Zürich).


In der Vorbereitungswoche wurden die letzten Tests durchgeführt und detaillierte Prozeduren (pre-, in- und post-flight) formuliert. Dazu gehörten:

  • die Einstellung der Pumpenparameter,
  • die Überwachung von Druck, Temperatur, CO2-Gehalt, pH-Wert
  • die Beobachtung des Wirbelfängers, um Gas- und Flüssigphase voneinander zu trennen,
  • die Sichtbarmachung der Strömung im Reaktor selbst.

Am Montag, 10. Februar 2014, findet das Briefing für den Flug statt. Der erste Flugtag wird am 11. Februar sein. Das Team ist gespannt...


Samstag, 01. Februar 2014:

Jens Bretschneider, Melanie Buchert, Emil Nathanson und Stefan Belz haben das Parabelflugexperiment "Mikroalgen - Kultivierung in einem Photobioreaktorsystem bei bemannten Raumfahrtmissionen" fertiggestellt. Es wird nun nach Bordeaux/Frankreich gebracht, wo das Flugzeug der Firma Novespace für die Parabelflüge steht. Nach einer Vorbereitungswoche, in der Funktionstests des Experiments und Einweisungen durch Novespace erfolgen, steht am Dienstag, den 11. Februar 2014 der erste von drei Flugtagen an.

Um zukünftige Missionen zum Mars und zu Librationspunkten unternehmen zu können, benötigt man in der bemannten Raumfahrt neue Technologien und Konzepte auf dem Gebiet der Lebenserhaltungssysteme. Dabei wird die Nutzung von biologischen Prozessen wie der Photosynthese voraussichtlich eine wichtige Rolle zur Erzeugung von Astronautennahrung und Sauerstoff sowie zur Aufnahme des vom Menschen ausgeatmeten Kohlendioxids spielen. Die Kultivierung von Mikroalgen in einer Nährlösung in Photobioreaktoren gilt hierfür als sehr aussichtsreich.

Zu diesem Zweck arbeitet das Team von Dr. Stefan Belz an der technischen Integration von Photobioreaktoren in Raumstationen, damit sowohl die Kultivierung, als auch die Ernte und Fütterung unter Schwerelosigkeit gelingen. In einem früheren Experiment wurde das Verhalten der Strömung im Photobioreaktor unter Schwerelosigkeitsbedingungen untersucht. Die Art der Strömung und der Zirkulation ist wichtig für die optimale Versorgung der Mikroalgen mit Licht und für den Transport von Gasen und Nährstoffen. Eine Strömungsführung um einen Zylinder in der Photobioreaktorkammer zeigte dabei das beste Ergebnis. Weil die Arbeitszeit der Astronauten sehr kostbar ist, müssen der Zeitaufwand für Wartung und Pflege des Photobioreaktorsystems so gering wie möglich ausfallen. Aus diesem Grund wollen die Wissenschaftler aus Stuttgart in der jetzigen Parabelflugkampagne ein Photobioreaktorsystem untersuchen, bei welchem die Nährstoff- und Gaszufuhr sowie Ernte und Gasaustrag so eigenständig wie möglich ablaufen sollen. Die Kultivierung erfolgt kontinuierlich, das heißt, dass Nährstoffzufuhr und Ernte exakt aufeinander abgestimmt werden müssen. Dafür müssen geeignete Pumpen und Ventile ausgewählt und im Schwerelosigkeitsbetrieb justiert werden. Die entsprechenden Druck- und Gassensoren werden auf ihre Schwerelosigkeitseignung hin überprüft. Außerdem ist es wichtig, den Zustand der Algenkultur mit geeigneten Sensoren überwachen zu können. Für den Gasaustrag soll ein statischer, membranloser Wirbelfänger erprobt werden.

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Fluiddynamik der ETH Zürich wird die Strömungsführung in der Photobioreaktorkammer optimiert und detailliert untersucht. Die Züricher Forscher möchten einen möglichst geringen Strömungswiderstand und eine gleichmäßige Belichtung der Nährlösung erzielen. Das jetzige Parabelflugexperiment soll den Betriebsnachweis - also Funktion, Stabilität und Leistung - eines Photobioreaktorsystems unter Schwerelosigkeit liefern. Dies dient gleichzeitig als Vorbereitung für ein künftiges Weltraumexperiment, bei dem das Photobioreaktorsystem ebenfalls so unabhängig wie möglich arbeiten muss. Mittelfristig soll gezeigt werden, dass die Kultivierung von Mikroalgen im Weltraum auf Langzeitmissionen technisch beherrschbar ist und eine günstigere Lösung im Vergleich zu heutigen Technologien darstellt.

Drücken Sie dem Team die Daumen, dass alles gelingt, was sie vorhaben!

 
von links: Stefan Belz, Jens Bretschneider, Emil Nathanson, Melanie Buchert