Forschungsziele
Die Temperierung von Satellitenkomponenten wird in der Raumfahrt oftmals mit sog. Loop Heat Pipes (LHP) durchgeführt. Diese nehmen die durch Dissipation in den elektrischen Kommunikationsgeräten/Verbrauchern im (Inneren des) Satelliten anfallende Wärme auf und führen diese über auf der Außenseite des Satelliten angeordnete Radiatoren an die Umgebung ab (Wärmeabstrahlung ins Weltall). Der interne Wärmetransport in der LHP folgt dem Prinzip eines klassischen Kältekreislaufes, welcher alleine durch Kapillardrücke angetrieben wird. Die Wärmeaufnahme erfolgt demnach in einem Verdampfer. Der hierbei entstehende Kältemitteldampf wird in den Radiatoren anschließend wieder kondensiert und gelangt als ggfs. unterkühlte Flüssigkeit zunächst in eine Druckausgleichskammer (sog. compensation chamber). Das flüssige Kältemittel wird durch Aufbau eines Kapillardruckes in einer geeigneten porösen Struktur (wick) wieder in den Verdampfer angesaugt. Die Regelung eines solchen Kältemittelkreislaufes erfolgt mithilfe eines selbstregelnden Ventils, das bei einem gewissen Überdruck im Verdampfer öffnet und das gasförmige Kältemittel zum Kondensator strömen lässt. Sobald der Überdruck abgebaut wurde, schließt das Ventil automatisch.
Abbildung: Darstellung eines Laser Communication Terminal (LCT) inkl. LHP (links), schematische Darstellung einer LHP (rechts)
Im Falle einer Fehlfunktion des Ventils kann jedoch der erforderliche Temperaturbereich nur unzureichend sichergestellt werden und es kann z.B. zu Oszillationen kommen. Abhilfe soll hier der Einsatz zusätzlicher elektrischer Heizelemente an Druckausgleichskammer und Verdampfer schaffen, welche zudem auch im normalen Betrieb eine Verbesserung der Temperiergenauigkeit bewirken sollen. Zur Steuerung der Heizelemente bedarf es eines entsprechenden Regelalgorithmus‘, welcher auf einem thermischen Modell der Loop Heat Pipe aufbaut. Dieses Modell muss mit geeigneten experimentellen Daten parametriert und validiert werden. Aus diesem Grund wird am TVT eine kombinierte experimentelle und theoretische Charakterisierung des LHP-Systems vorgenommen, die schließlich einen zuverlässigeren Betrieb des gesamten Temperierungssystems in der Weltraumanwendung erlauben soll.
Experimentell
Die thermische Charakterisierung einer LHP soll anhand eines eigens hierfür geplanten und ausgelegten Versuchsstandes erfolgen. Hierbei sollen verschiedene Betriebsbedingungen der LHP möglichst realitätsnah dargestellt und ein Messkonzept entwickelt werden, das die Erhebung möglichst umfangreicher Kenndaten für das zu charakterisierende System erlaubt. Auf Basis dessen kann dann ein entsprechend zuverlässiges thermisches Modell entwickelt werden.
Studentische Arbeiten
Im Rahmen dieses Projekts werden Bachelor- und Masterarbeiten sowie Möglichkeiten für HiWi-Tätigkeiten angeboten.
Nähere Informationen können gerne telefonisch oder per E-Mail eingeholt werden.