elektrischer Schalter
elektrischer Schalter
Galinstan®
Galinstan®
Selection Workshop CAD
Selection Workshop CAD
Ferrofluid (Rosenzweig-Effekt)
Ferrofluid (Rosenzweig-Effekt)
ACS - BLDC prototype
ACS – BLDC prototype
ACS - BLDC prototype
ACS – BLDC prototype
Ferrofluid - Magnet
Ferrofluid – Magnet
Ferrofluid (Rosenzweig-Effekt)
Ferrofluid (Rosenzweig-Effekt)

Was ist FARGO

Mit unserem neuen Ferrofluid-Projekt FARGO (Ferrofluid Application Research Goes Orbital) konnten wir uns erfolgreich beim Überflieger2-Auswahlworkshop des DLR durchsetzen. Als eines von 4 Projekten ist es uns somit nun möglich, voraussichtlich Ende 2022 bzw. Anfang 2023 FARGO auf der ISS zu betrieben. Das Experiment ist in 3 Unterexperimente gegliedert: zwei verschiedene Schalter, ein elektrischer und ein thermaler Schalter, sowie einem Lageregelungskonzept. Ferrofluide sind Flüssigkeiten, die aus einer Trägerflüssigkeit, in den meisten Fällen einem Öl, und darin suspendierten und beschichteten magnetischen Partikeln, besteht. Die Forschung mit Ferrofluiden besitzt bei Ksat bereits eine mehrjährige Tradition. Mit unserem Experiment PAPELL (Pump Application using Pulsed Electromagnets for Liquid reLocation) konnten wir uns bereits im Überflieger 1 -Wettbewerb durchsetzen, und somit im Jahr 2018 die Grundlage einer Pumpentechnologie mittels Ferrofluid auf der ISS demonstrieren. Um die Effekte und Anwendungen in realistischen Weltraumbedingungen untersuchen zu können werden die Ferrofluidanwendungen im Rahmen des KSat-Projektes für die ISS-Mission weiterentwickelt. Hierfür hat sich ein Team aus 21 Mitgliedern gegründet, die von 2 IRS Doktoranden unterstützt werden.

Motivation und Wissenswertes über unser Projekt

Vision

Ferrofluide bieten die Möglichkeit, Systeme mit möglichst wenigen beweglichen Teilen zu realisieren. Bewegliche Teile sind im Allgemeinen anfällig für Verschleiß und leiden dementsprechend oftmals unter einer hohen Abnutzung. Um dies zu Vermeiden, kann Ferrofluid mittels Magneten aktuiert werden, um so beispielsweise einen Pumpvorgang zu ermöglichen. Besonders in Raumfahrtanwendungen bietet sich hier daher ein großes Potenzial, da das Austauschen von Komponenten hier kaum bis gar nicht möglich ist.

Vielfältig

Bei FARGO ist nicht nur unsere Experimentenauslegung vielfältig: mit über 21 Studierenden aus 7 Studiengängen sind wir ein facettenreiches Team, dass sich in 4 Subsysteme untergliedert (+ PR): Electronics, Mechanics, Software und Science.

Außergewöhnlich

In allen unseren Experimenten verwenden wir Ferrofluide. Diese außergewöhnlichen Fluide bestehen aus einer Trägerflüssigkeit, wie beispielsweise Öl, Wasser oder, wie wir es auch verwenden, flüssiges Metall, mit zugesetzten feinen Eisenpartikeln. Hierdurch lassen sich die Ferrofluide mit Magneten bewegen – dies bietet verschiedenste Anwendungsmöglichkeiten.

Experimente

Bei FARGO möchten wir 3 verschiedene Ferrofluid-Anwendungen entwickeln und testen. Dies ist unter anderem ein Grundlagenexperiment zur Untersuchung der Rosensweig-Instabilität, zwei verschiedene Lageregelungsexperimente, eine Zylinderpumpe, sowie ein elektrischer und ein thermaler Schalter. Das Team arbeitet zielstrebig an der Ausarbeitung, sodass wir hoffentlich im nächsten Rexus-Cycle die Möglichkeit bekommen, die Experimente unter Mikrogravitation zu erforschen.

Experimente

Thermalen – Schalter

Die rauen Bedingungen des Weltraums sind durch extreme Temperaturunterschiede gekennzeichnet. Während sich auf der der Sonne zugewandten Seite extreme Hitze auf Satellitenoberflächen entwickeln können, ist es auf der Schattenseite genau umgekehrt. Der daraus resultierende, zeitlich, örtlich und in der Richtung unregelmäßige Wärmefluss führt zu Temperaturspitzen und -gradienten, die die Leistung, Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Systems beeinträchtigen können, da diese Belastungen berücksichtigt werden müssen. Durch den von uns entwickelte thermale Schalter sollen diese Wärmelasten aktiv durch Ferrofluidmanipulation geschalten werden.

Elektrischer – Schalter

Gerade in Weltraumanwendungen sind mechanische Teile aufgrund ihrer Anfälligkeit für Verschleiß problematisch. Eine Reparatur oder ein Austausch ist nur unter erschwerten Bedingungen möglich und zumeist mit sehr hohen Kosten verbunden. Die Entwicklung eines elektrischen Schalters ohne mechanisch bewegliche Teile, der im Vergleich zu Transistoren höhere Lasten schalten kann, könnte ein wichtiger Entwicklungsschritt für Langzeitmissionen darstellen. Der von uns entwickelte elektrische Schalter soll hierfür auf der ISS mit verschiedenen Lasten getestet und für diese Umgebung verifiziert werden

ACS BLDC

Die Ideen hinter der Entwicklung einer neuartigen Lageregelungskomponente ist, den Einsatz von verschleißintensiven Teilen zu reduzieren. Der Lageregelungskomponente (Drallrad) ist die Funktionsweise eines BLDC-Motors (brushless directed current motor) zugrunde gelegt. Der Aufbau des mit Spulen bestückten Stators wird übernommen, aber den Rotor bildet ein heterogenes System aus Ferrofluid und Sekundärflüssigkeit. Ziel ist es durch gezieltes Ansteuern der Spulen eine gleichförmige Bewegung des Ferrofluids zu erzeugen. Das Ferrofluid überträgt den Drehimpuls auf das Sekundärfluid, welches diesen speichert (Trägheit).

Subsysteme

Science

Das Science-Team befasst sich mit der Planung und Gestaltung der eigentlichen Experimente für FerrAS. Dabei liegt die Hauptaufgabe von Science darin ein fundiertes theoretisches und praktisches Verständnis für die einzelnen Experimente zu entwickeln und Wege finden, diese unter Betrachtung der Vorgaben des REXUS Programm, testen zu können. Für den Aufbau und das Design der Experimente werden wir dafür von allen anderen Subsystemen unterstützt.

Mechanics

u003cpu003eDie Mechanics-Gruppe hat in wesentlichen zwei Aufgaben: Zum einen die Unterstützung des wissenschaftlichen Teams beim Bau und Test der Experimente am Boden, zum anderen die Entwicklung, Herstellung und Integration der Experimentversionen für das REXUS-Experimenten-Modul. Außerdem ist die Gruppe für Simulationen sowohl mechanischer als auch thermischer Natur zuständig, um die Konstruktion zu verfeinern und zu prüfen.u003c/pu003en

Elektronik

u003cpu003eDas Elektronik-Team befasst sich mit dem elektronischen Design der Experimente und des Gesamtsystems. Hierzu zählt die Auswahl passender Komponenten sowie die Entwicklung und Simulation aller benötigten Schaltungen. Außerdem ist die Gruppe verantwortlich für die Fertigung der Platinen und anschließende Funktionstests aller elektronischen Systemkomponenten.u003c/pu003en

Software

u003cpu003eVom Software-Team wird sowohl der Hauptcomputer als auch die einzelnen Experimentcomputer programmiert. Dies erfolgt in enger Kooperation mit den Elektronik und Science Teams, da Science die zu sammelnden Daten aussucht und Elektronik die Sensoren mit denen diese Daten gesammelt werden sollen. Die Software im Hauptcomputer übernimmt hierbei die Kommunikation mit der Rakete und die Ansteuerung der Experimentcomputer. Die Software auf den Experimentcomputern ist für das Ansteuern von Aktoren, Auslesen von Sensoren und Speichern der Daten des jeweiligen Experiments zuständig.u003c/pu003en

Timeline

Erreicht
Ausstehend
Aktuell
Zukunft
Einreichung Proposal [15.10.21]
Ausstehend
Annahme FARGO bei Überflieger 2
Zukunft

News

Überflieger 2 Programm

Der Wettbewerb “Überflieger”, ausgeschrieben vom DLR, bietet Studierenden die Möglichkeit, ein eigenes Experiment zu entwerfen und auf der ISS zu betreiben. In der ersten „Überflieger“-Challenge hat sich KSat bereits mit einem Konzept durchgesetzt und konnte somit ihr Experiment „PAPELL“ erfolgreich auf der ISS testen. Mit den gewonnenen Daten und Ergebnissen ist es dem Team FARGO nun möglich gewesen, weitere Experimente zu entwickeln und vielversprechende Prototypen zu designen. Mit diesen hat sich das Team bei der „Überflieger2“-Challenge beworben. Aus allen Bewerbungen werden dann die besten Vorschläge von Experten ausgewählt, um auf einem Auswahlworkshop im DLR Raumfahrtmanagement in Bonn ihre Experimentideen zu präsentieren. Zusätzlich besteht für die Teams die Möglichkeit nach der Fertigstellung den Raketenstart des eigenen Experiments vor Ort mitzuverfolgen. Mit der diesjährigen Bewerbungen hoffen wir, diese dann schon im nächsten Jahr auf eine Reise zur ISS schicken zu können.

Freunde, Förderer und Sponsoren