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Raketenexperiment für sicherere Treibstofftanks
Redaktion / idw / Pressemitteilung des ZARM der Universität Bremen
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27. Februar 2012

Was passiert eigentlich im Treibstofftank eines Raumfahrzeugs, wenn dieser plötzlich einer starken Wärmequelle ausgesetzt ist? Mit Versuchen auf der Erde lässt sich diese Frage nur bedingt beantworten. Das zeigte jetzt wieder ein Experiment, das Bremer Forscher auf der Höhenforschungsrakete Maser-12 durchführten.

SOURCE 2

SOURCE 2 Experimentaufbau auf der Höhenforschungsrakete Maser-12. Bild: ZARM / idw

Am 13. Februar 2012 um 10.30 Uhr MEZ startete die Höhenforschungsrakete Maser-12 vom Esrange Space Center unweit der nordschwedischen Stadt Kiruna ihren etwa sechsminütigen Flug im Dienste der Forschung unter Schwerelosigkeit. Mit an Bord befand sich ein Experiment vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen, das untersucht, welche Prozesse im Falle der spontanen Erhitzung einer Flüssigkeit auftreten. Die Ergebnisse sollen einen ersten Anhaltspunkt zu der Frage liefern, was im Treibstofftank eines Raumfahrzeugs passiert, wenn dieser einer starken Wärmequelle ausgesetzt wird.

Das Experiment SOURCE 2 (Sounding Rocket Compere Experiment) ist das zweite innerhalb der Versuchsreihe der europäischen Weltraumagentur ESA, in dem beobachtet wird, wie sich eine Testflüssigkeit in einem Behälter verhält, der extrem unterschiedliche Temperaturzonen hat. In sehr vereinfachter Form ist das auftretende Phänomen vom Wasserkochen in einem Kochtopf bekannt. An der heißesten Stelle des Kochtopfs beginnt das Wasser zu sieden. Das heißt, beim Verdampfungsprozess bilden sich Blasen, die als heißer Dampf aus der Flüssigkeit aufsteigen. Ein Teil dieses heißen Dampfes trifft auf den kühleren Deckel des Kochtopfs, wo er wieder zu Wasser kondensiert.

Diese Verdampfungs- und Kondensationseffekte konnten nun auch unter Schwerelosigkeit beobachtet werden. Dazu wurde ein Glaszylinder am oberen Ende auf etwa 130 Grad Celsius erhitzt und am Boden mit Hilfe einer Kühlplatte auf 35 Grad Celsius gehalten. Nach dem Start der Maser-12-Rakete wurde der Zylinder mit kühler Testflüssigkeit (Hydrofluorether) und 150 Grad Celsius heißem Dampf desselben Stoffs befüllt. Aus dem Videomitschnitt wird sofort deutlich, dass sich dort, wo die Flüssigkeit die heißen Wände der Testzelle berührt, Blasen bilden. Durch die fehlende Gravitation steigen diese Blasen aber nicht auf, sondern werden von der vorherrschenden Strömung mitgenommen.

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Von besonderem Interesse ist auch die Auswertung der Druckverhältnisse während des Experiments. Durch die Verdampfung der Flüssigkeit an der heißen Wand steigt der Druck im Innern des geschlossenen Zylinders. Durch die Kondensation des heißen Gases an der kühleren Flüssigkeit hingegen sinkt der Druck. Überraschenderweise konnte das ZARM-Team beobachten, dass der Einfluss der Kondensation stärker war als der Verdampfungseffekt - der Druck fiel also ab anstatt zu steigen. Für die Frage, wie ein Treibstofftank im Weltraum auf eine kurzfristige, partielle Überhitzung reagiert und ob - oder auch wie lange - die Wechselwirkung von Verdampfung und Kondensation die Entstehung eines Überdrucks verhindert, ist dieses Ergebnis ein wichtiger Anhaltspunkt.

Die Auswertung der gesamten Daten der dreiminütigen Versuchsphase wird voraussichtlich noch Monate dauern. Die ZARM-Wissenschaftler versprechen sich aber weitere wichtige Erkenntnisse für das Tankdesign zukünftiger Raketentriebwerke, die mit kryogenen Treibstoffen wie flüssigem Wasserstoff oder Sauerstoff betrieben werden. Bereits im Mai 2008 konnten wertvolle sechs Minuten Experimentdauer unter Schwerelosigkeit auf der Maser-11 für das erste SOURCE-Experiment genutzt werden. Beide Experimente sind eingebunden in das "Microgravity Application Program" der ESA.

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siehe auch
TEXUS: Blasenfrei Zapfen im All - 30. November 2011
   
Links im WWW
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