PAPELL

PAPELL

Pump Application using Pulsed Electromagnets for Liquid reLocation

Was ist PAPELL?

PAPELL ist ein Technologie-Demonstrator, der eines der Forschungsthemen von Steve Papell in Form eines Experiments fortführen soll. Steve Papell war ein NASA-Wissenschaftler, der im Jahre 1963 die Idee hatte, den Treibstoff einer Rakete mithilfe von elektromagnetischen Feldern zu pumpen. Dafür entwickelte er so genanntes Ferrofluid - kleinste Ferritpartikel in einer Emulsion - und entsprechende Pumpmechanismen.

Das Projektteam, bestehend aus KSat-Mitgliedern, greift dieses Konzept wieder auf und will damit einen allgemeinen Pumpmechanismus demonstrieren. Im Frühjahr 2017 begann die Teilnahme am Überflieger-Wettbewerb des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) infolgedessen PAPELL als eines von drei Teams ausgewählt wurde, um das Experiment auf die Internationale Raumstation (ISS) zu schicken. Mehr zum Überflieger-Wettbewerb ist weiter unten zu lesen.

Das Experiment

Die Gesamthülle besitzt eine Größe von 10x10x15 cm^3 und beinhaltet zwei Bereiche, in denen das eigentliche Experiment abläuft. Der erste Bereich stellt ein Raster aus Elektromagneten dar und soll die Möglichkeit demonstrieren, Ferrofluid mithilfe von Elektromagneten in der Schwerelosigkeit zu bewegen. In einem zweiten Schritt soll außerdem herausgefunden werden, ob es möglich ist, einzelne Ferrofluid-Tröpfchen im Magnetfeld aufzuspalten und danach wieder zusammenzuführen.

Im zweiten Experimentbereich soll untersucht werden, ob und wie Festkörper mittels Ferrofluid durch ein Rohrsystem bewegt werden können. Als Festkörper dienen farbige Kugeln, die in einem weiterführenden Experiment zusätzlich farblich sortiert werden sollen. Dazu befindet sich im Rohrsystem eine Verzweigung, die durch eine spezielle Ablaufprogrammierung der Ferrofluidbewegung als Weiche zum Sortieren genutzt werden soll.

Betrieb auf der ISS

Am 26. Juni 2018 startete PAPELL mit einer Falcon 9-Rakete (SpaceX-15) von Cape Canaveral aus zur ISS. Dafür reiste ein Teil des PAPELL-Teams in die USA, um den Start live mitzuerleben.

Kurz danach wurde PAPELL eingebaut und in Betrieb genommen. Das PAPELL-Team konnte schnell den ersten Kontakt zum Experiment herstellen. Dabei wurde durch Selbsttests der Hardware-Komponenten die Betriebsfähigkeit verifiziert. Mittlerweile befindet sich Ferrofluid im Experimentierbereich 1, wo einzelne Tropfen transportiert werden.

Missionslogo: PAPELL

Unterschrift der Astronautin Samantha Cristoforetti auf dem PAPELL-Mockup

DLR Video zu PAPELL und ARISE

Video: Vom Zusammenbau bis zur ISS

Überflieger Wettbewerb

Der Wettbewerb “Überflieger”, ausgeschrieben vom DLR, bot Studenten die Möglichkeit, ein eigenes Experiment zu entwerfen und für den Betrieb auf die ISS zu schicken. Im Orbit wird das Experiment von ESA-Astronaut Alexander Gerst betreut. Aus allen Teilnehmern wurden die Teams der acht besten Vorschläge von Experten ausgewählt, um auf einem Auswahlworkshop im DLR Raumfahrtmanagement in Bonn ihre Experimentideen zu präsentieren. Letztendlich wurden insgesamt drei Experimente für die Durchführung auf der ISS ausgewählt. Zusätzlich bestand für die Teams die Möglichkeit nach der eigenen Fertigstellung den Start ihres Experiments 2018 live vor Ort mitzuerleben.

Von den Mitgliedern der Kleinsatellitengruppe der Universität Stuttgart KSat e.V. wurden zwei Experimentideen (PAPELL & STELLA) beim DLR vorgeschlagen von denen PAPELL wurde angenommen wurde und nun ausgearbeitet wird.

Überflieger Projekt Partner

DreamUp
DreamUp

DLR e.V.
Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrttechnik (DLR e.V.)

DPG e.V.
Deutsche Physikalische Gesellschaft e.V.

BMWi
Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit

NanoRacks
PAPELL (Pump Application using Pulsed Electromagnets for Liquid reLocation)
“Pump Application using Pulsed Electromagnets for Liquid reLocation” (PAPELL) ist ein Experiment, welches die Funktionalität einer Ferrofluid-Pumpe unter Mikrogravitation zeigen soll. Als Ferrofluid bezeichnet man eine Flüssigkeit, die unter der Wirkung von Magnetfeldern selbst magnetisch wird und daher von Magneten manipuliert werden kann. Die Pumpe arbeitet ohne bewegliche Teile und nutzt stattdessen die magnetischen Wechselwirkungen des Ferrofluids mit Elektromagneten aus. Durch gezieltes Ein- und Ausgeschalten der Elektromagnete kann das Ferrofluid auf verschiedenen Wegen sowohl über eine Fläche als auch durch ein Rohrsystem transportiert werden. Währenddessen zeichnen Kameras die Bewegungsvorgänge auf, um eine spätere Analyse zu ermöglichen. Zusätzlich soll die Pumpe zeigen, dass sie auch für den Transport fester Teilchen genutzt werden kann. Dazu werden Festkörper in das Rohrsystem eingeschleust und durch die Bewegung des Ferrofluids transportiert. Durch das Experiment soll die Funktionalität einer solchen Ferrofluid-Pumpe geprüft werden, um über mögliche Anwendungen bei zukünftigen Raumfahrtprojekten diskutieren zu können. Eine mögliche Anwendung wäre ein modifiziertes Belüftungssystem, welches ohne Ventilatoren funktioniert und somit deutlich weniger Lärm produziert. Damit soll insbesondere der lärmverursachte Stress für Astronauten signifikant reduziert werden.

STELLA (STEreoLithographic LAboratory)
STELLA soll als Technologie-Demonstrator für das 3D-Druckverfahren der Stereolithographie in der Mikrogravitationsumgebung der ISS dienen. Die Idee dahinter ist, ein lichtempfindliches flüssiges Harz mit einem RGB- oder UV-Laser zu bestrahlen und dadurch auszuhärten. Dabei bildet sich Schicht für Schicht eine dreidimensionale Struktur. Neben den grundlegenden Tests in der Schwerelosigkeit, bei denen eine Untersuchung der Stoffeigenschaften stattfindet, sollen ebenfalls feine Strukturen erzeugt werden. Das Experiment soll als Ausgangspunkt für sogenanntes "Tissue Engineering" (Gewebezüchtung, in diesem Fall, in Form von 3D-gedruckten Kunststoffmatrizen) dienen. Damit würde es sowohl zur Forschung als auch zur Unterstützung auf Langzeitmissionen im Weltraum beitragen sowie für die Herstellung besonders leichter Bauteile genutzt werden können. Während des Projektes wird ein stark verkleinerter Stereolithographiedrucker konstruiert, wobei auf so viele kommerziell erhältliche Bauteile wie möglich zurückgegriffen wird. Dieser muss nach Überflieger-Spezifikation in einen Bauraum von 1,5 U (10cm x 10cm x 15cm) passen.

Missionslogo: Überflieger

Projektbezogene Sponsoren

BMWi
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unterstützt das Projekt mit einer Geldsumme.

Bergmaier GmbH
Bergmaier Präzision GmbH hat uns Plexiglasteile gesponsort.

NeptunLab KIT
Das Neptun Labor des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat die Scheiben und Rohre des Experiments mit Fluropor beschichtet.

Mannel Magnettechnik GmbH
Die Firma Mannnel Magnettechnik GmbH sponsorte unserem Projekt die Elektromagneten.

HE Space
Die Firma HE Space unterstützt uns mit finanziellen Mitteln.

Faulhaber
Die Firma Faulhaber unterstützt das Projekt mit Motoren.

Jomatik
Die Firma Jomatik GmbH hat uns mit 3D Druckteilen unterstützt.

LEE
Die Firma LEE Hydraulische Miniaturkomponenten GmbH hat uns eines der Ventile gesponsort.

Bartels
Die Firma Karl H. Bartels GmbH hat uns mit über 100€ Rabatt unterstützt.

4D Solutions
Die Firma 4D Solutions hat uns mit Rabatt bei 3D Druckteilen unterstützt

Hier finden sie eine Zusammenstellung aller Veröffentlichungen, die bislang im Zusammenhang mit PAPELL erschienen sind.

Aktuelles