Die Gruppe "Plasmawindkanäle und elektrische Raumfahrtantriebe" gliedert sich in vier Teilbereiche. Diese beinhalten die Auslegung, Entwicklung und Charakterisierung elektrischer Raumfahrtantriebe, die Analyse von Raumflugmissionen und -systemen sowie die experimentelle und numerische Simulation atmosphärischer Eintritte von Raumfahrzeugen in Plasmawindkanälen, die Erforschung anwendungsbezogener Plasmatechnologie und Ferrofluidentwicklungen.
Studentische Arbeiten zu den folgenden Themenbereichen sind bei den Ausschreibungen des Instituts unter „Raumtransporttechnologie“ zu finden.
Elektrische Raumfahrtantriebe
Das Team ERA entwickelt, testet und charakterisiert fortschrittliche elektrische Antriebstechnologie für Raumfahrtanwendungen. Dazu gehört neben Leistungstests der eigens entworfenen Prototypen auch die Untersuchung der Plasmen mittels optischer und intrusiver diagnostischer Methoden. Momentan befinden sich folgende bewährte Technologien sowie unkonventionelle Systeme in der Entwicklung und Anwendung:
- Atmosphärenatmendes elektrisches Antriebssystem (ABEP)
- Elektrostatischer Trägheitsschluss (IEC) als Triebwerk und für Plasmaanwendungen
- Fremdfeldbeschleunigte MPD-Triebwerke (AF-MPD)
- Gepulste Plasmatriebwerke (PPT)
- RF-Plasmatriebwerke (IPT, Helicon)
- Thermische Lichtbogentriebwerke (TLT)
- Wasserelektrolysetriebwerke
Die Antriebssysteme sind zudem Grundlage für den Algorithmen-basierten generischen Systementwurf von Raumfahrzeugen.
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Dr. Giulia Becatti |
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Alessa Sperber |
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Velin Yordanov |
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Plasmawindkanäle
Das Team Plasmawindkanäle (PWK) nutzt und entwickelt Plasmawindkanäle zwecks Charakterisierung, Entwicklung und Qualifikation von Werkstoffen (z.B. Hitzeschutzmaterialien), Entwicklung von aerothermodynamischen Flugexperimenten und numerischen Methoden im Zusammenhang mit atmosphärischen Eintrittsphänomenen. Am Institut für Raumfahrtsysteme werden mehrere Plasmawindkanäle mit komplementären Haupteinsatzgebieten betrieben:
- PWK1/2: Magnetoplasmadynamischer Plasmagenerator zur Untersuchung der Frühphase des atmosphärischen Eintritts sowie extremer Eintrittsszenarien (z.B. interplanetare Rückkehrmissionen, Meteore)
- PWK3: Induktiver Plasmagenerator zur Erforschung von Gas-Wand-Wechselwirkungen sowie von Eintritten, z.B. in die Atmosphären des Mars und der Venus
- PWK4: Thermischer Lichtbogenplasmagenerator für Untersuchungen kontrollierter sowie destruktiver Eintrittsszenarien aus dem niedrigen Erdorbit (z.B. Verglühen von Satelliten) und von Eintritten z.B. in die Atmosphäre des Saturnmondes Titan
| Hendrik Burghaus | Plasmatechnologie für Treibhausgas-Recycling (CO2), Plasmadiagnostik |
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Katalytische Eigenschaften wiederverwendbarer Hitzeschutzmaterialien |
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Numerische Simulation von MHD-Strömungen sowie MHD-beeinflussten Strömungen |
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Experimentelle Untersuchung von MHD-Strömungen sowie MHD-beeinflussten Strömungen |
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Materialablation bei unkontrollierten atmosphärischen Eintritten |
Plasmatechnologie
Der Bereich Plasmatechnologie beschäftigt sich mit dem Technologietransfer induktiver Plasmaquellen vom Raumfahrteinsatz hin zu terrestrischen Anwendungen. Dazu gehören sowohl industrielle, als auch umwelttechnische Applikationen, zum Beispiel:
- Abfallverwertung mittels Plasmavergasung
- Oberflächenbeschichtung und -modifikation
- Plasma-basiertes Treibhausgas-Recycling
| Hendrik Burghaus | Plasmatechnologie für Treibhausgas-Recycling (CO2), Plasmadiagnostik |
Ferrofluide
Das Team forscht unter anderem an einem Satelliten-Lageregelungssystem basierend auf Ferrofluiden. Eine erste erfolgreiche Demonstration von Ferrofluid-Manipulation konnte im Rahmen des PAPELL-Experiments auf der ISS 2018 gezeigt werden. Zudem werden weitere anwendungsbezogene Entwicklungen von verschleißarmen Ferrofluidmechanismen untersucht.
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Generischer Systementwurf, Evolutionäre Algorithmen, Ferrofluid Mechanismen |
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Ferrofluid basierte ACS, Versorgungselektronik für PPTs |
Kontakt
Georg Herdrich
apl. Prof. Dr.-Ing.Leiter der Arbeitsgruppe elektrische Antriebe und Plasmawindkanäle