Institut für Raumfahrtsysteme

Plasmawindkanäle und elektrische Raumfahrtantriebe

Die Arbeitsgruppe PWK-ERA der Abteilung Raumtransporttechnologie befasst sich mit elektrischen und fortschrittlichen Raumfahrtantrieben, numerischen und experimentellen Wiedereintrittssimulationen sowie mit Plasma- und Ferrofluidtechnologien.

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.

 

Zu sehen ist ein runder Antrieb in rötlichem Licht
Betrieb des Helicon-basierten Plasmatriebwerks (IPT) mit N2

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.

Alexander Behnke

Stationäre magnetoplasmadynamische (MPD) Fremdfeldantriebe

Yung-An Chan

Elektrostatischer Trägheitseinschluss, elektromagnetische Düse, Plasmadiagnostik, Helicon-Plasmaquelle

Manfred Ehresmann

Generischer Systementwurf, Evolutionäre Algorithmen, Ferrofluid Mechanismen

Jérôme Hildebrandt

Wasserelektrolysetriebwerke

Francesco Romano

Atmosphärenatmendes elektrisches Antriebsystem mit Helicon-basierten Plasmatriebwerken

Felix Schäfer

Ferrofluid basierte ACS, Versorgungselektronik für PPTs

Jonathan Skalden

Thermische Lichtbogentriebwerke für Deorbitmanöver, Additive Fertigung mit Refraktärmetallen, Plasmadiagnostik

Dr. Zhe Zhang

Gastwissenschaftler, Plasmadiagnostik, PPTs

Test eines Hitzeschutzmaterials in Plasmawindkanal PWK3: Das Material wird auf einem Sockel bestrahlt
Test eines Hitzeschutzmaterials in Plasmawindkanal PWK3

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
Marcus-Benedict Buntz Experimentelle Untersuchung des Wiedereintritts von Satellitenstrukturen in Plasmawindkanälen
Hendrik Burghaus Plasmatechnologie für Treibhausgas-Recycling (CO2), Plasmadiagnostik
Jasmine Giacomelli

Numerische Simulation von MHD-Strömungen sowie MHD-beeinflussten Strömungen

Clemens Kaiser

Katalytische Eigenschaften wiederverwendbarer Hitzeschutzmaterialien

Johannes Oswald

Experimentelle Untersuchung von MHD-Strömungen sowie MHD-beeinflussten Strömungen

Adam S. Pagan

Materialablation bei unkontrollierten atmosphärischen Eintritten           

Blauer Plasmastrahl des induktiven Plasmagenerators IPG4 bei Betrieb mit CO2
Plasmastrahl des induktiven Plasmagenerators IPG4 bei Betrieb mit CO2

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 unter Magnetfeldeinfluss in einem Glas sichtbar. Sie sind schwarz und zeigen spitz nach oben wie ein Igel
Rosensweig-Instabilität eines Ferrofluids unter Magnetfeldeinfluss

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.

Manfred Ehresmann

Generischer Systementwurf, Evolutionäre Algorithmen, Ferrofluid Mechanismen

Felix Schäfer

Ferrofluid basierte ACS, Versorgungselektronik für PPTs

Kontakt

Dieses Bild zeigt Georg Herdrich
Priv.-Doz. Dr.-Ing.

Georg Herdrich

Leiter des Bereichs elektrische Antriebe und Plasmawindkanäle

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