FerrAS

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Was ist FerrAS

Wie der Name FerrAS (Ferrofluid Application Study) schon verrät, verwenden wir in unseren Experimenten Ferrofluide. Diese Flüssigkeiten bestehen aus einer Trägerflüssigkeit, wie beispielsweise Öl oder Wasser, mit suspendierten Eisenpartikeln, wodurch sie sich über Magnete steuern lassen. Das Team ist dabei, 5 verschiedene Ferrofluid-Anwendungen zu entwickeln, testen und in einem Experimenten-Container zu vereinen. Hiermit bewerben wir uns auf die nächste REXUS/BEXUS Mission des DLR und hoffen somit, dass wir die Experimente 2022 auf einer Höhenforschungsrakete unter Startlasten und Mikrogravitation testen können. Hierbei baut FerrAS schon auf ein erfolgreiches „flight heritage“ auf: mit PAPELL haben wir bereits den Einsatz von Ferrofluid auf der ISS getestet. Aus den vielversprechenden Ergebnissen, die wir hieraus gewonnen haben, sind die folgenden Experimente entstanden.

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 FerrAS ist nicht nur unsere Experimentenauslegung vielfältig: mit über 20 Studierenden aus 6 Studiengängen sind wir ein facettenreiches Team, dass sich in 4 Subsysteme untergliedert: 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 FerrAS möchten wir 5 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

Rosenzweig

Ziel des Rosensweig-Experiments ist es, den Einfluss von Beschleunigungskräften auf die Rosensweig-Instabilität zu untersuchen. Dabei werden unterschiedliche Ferrofluid-Sekundärflüssigkeitskombinationen verwendet, die für zukünftige Raumfahrtanwendungen interessant sein könnten. Das Auftreten der Rosensweig-Instabilität unter den verschiedenen Flugbedingungen wird optisch analysiert.

Pumpe / Ventil

Ziel des Pumpenexperimentes ist es, eine Verdrängerpumpe auf Ferrofluidbasis zu testen. Da in deser Pumpe alle kritischen Mechanischen Teile (Antrieb, Dichtung, Lagerung) durch nichtmechanische Lösungen ersetzt wurden wird eine lange Lebensdauer angestrebt. Im Experiment werden verschiedene Pumpengeometrien mit verschiedenen Geschwindigkeiten getestet, um Ihre Eignung für einen Betrieb in Schwerelosigkeit zu testen.

S*******
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).

ACS linear

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

Die 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.

Elektronik

Das 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.

Software

Vom 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.

Timeline

Erreicht
Ausstehend
Aktuell
Zukunft
August 2020 Letter of Intent

Mit der Einreichung des Letter of Intent ist der erste Meilenstein für FerrAS gelegt. Im nächsten Schritt kommt die Bewerbung mit unserem Proposal. Die Deadline hierfür wurde Corona bedingt um ein Jahr verschoben; Zeit für uns, um weiter unsere Experimente auszuarbeiten.

Proposal

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ca. 2024 REXUS lauch

News

REXUS/BEXUS

REXUS/BEXUS ist ein internationales Studentenprogramm in Kooperation des deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit der schwedischen nationalen Raumfahrt-Behörde (SNSA). Es gestaltet sich als Wettbewerb und bietet Studenten die Möglichkeit, ihre eigenen Ideen als technische Experimente unter Bedingungen durchzuführen, die denen im Weltraum ähnlich sind. Dazu gehören etwa der Einfluss von Weltraumstrahlung oder das Verhalten bei reduzierter Schwerkraft. Dabei besteht die Möglichkeit, die Experimente entweder auf einer fast sechs Meter langen Rakete durchzuführen (REXUS), die in bis zu 100 Kilometern den Gipfel ihrer Flugbahn erreicht, oder einen sogenannten Stratosphärenballon zu nutzen (BEXUS), der im freien Flug eine Höhe von bis zu 35 Kilometern erreichen kann. Während der gesamten Projektzeit werden die deutschen Studententeams vom DLR Raumfahrtmanagement in Bonn betreut und lernen somit den vollständigen Ablauf eines Raumfahrtprojekts kennen, von der Idee selbst bis zur Veröffentlichung der Ergebnisse.

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