Entwicklung von Kaltgas-Mikroantrieben für Satellitenanwendungen
Mikro-Raumfahrzeuge, die im letzten Jahrzehnt große Popularität erlangt haben, werden als “CubeSat” bezeichnet, eine bekannte Klasse von Kleinsatelliten. Die schnell wachsende Funktionalität und Beliebtheit von CubeSat hat den Forschern geholfen, die Technologiedemonstration in Richtung effizienter Leistung und Zuverlässigkeit voranzutreiben, die für kommerzielle und staatliche Anwendungen erforderlich sind. Unter Berücksichtigung des Weltraummülls und der Verwendung fossiler Brennstoffe als Treibmittel wurde versucht, ein grünes Treibmittel zu entwickeln, um die Probleme des Weltraummülls, der Toxizität des Treibmittels und des erschwinglichen Treibmittels zu überwinden. Alle auf Flüssigtreibstoff basierenden Antriebe erfordern ein Flüssigkeitszufuhrsystem und verwenden dafür Druckgas (im Grunde Helium), um das Ausstoßen von Flüssigkeit aus dem Tank zu unterstützen. Aber sobald das flüssige Treibmittel vorbei ist, wird das unter Druck stehende Gas nicht mehr genutzt und dem System geht der Kraftstoff aus. So bietet die aktuelle Arbeit, abgesehen davon, dass sie als normaler Kaltgasantrieb verwendet wird, auch den Vorteil der Verwendung von nicht genutzten Gasen im Falle von flüssigem Kraftstoff. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung von Kaltgas-Mikrotriebwerken und deren experimentelle Tests im Weltraum und auf Meereshöhe bei verschiedenen Druckbedingungen. Ein computergestütztes Fluiddynamikmodell für dasselbe wurde entwickelt, um seine experimentellen Ergebnisse zu validieren. Der Schubwert wird zwischen Mikro- und Milli-Newton-Bereichen aufgezeichnet, um die Anforderungen an die Haltung und Stationierung für den CubeSat-Bereich von 1 bis 50 kg Trockenmasse zu erfüllen. Für Vakuumtests wurden Schubwerte von 0,8 mN bei 1 bar Druckdifferenz bis 2,24 mN bei 4 bar Druckdifferenz angegeben. Es ist fast nur der doppelte Wert des Schubs, der im Falle des Meeresspiegels für die entsprechenden Druckunterschiede erreicht wird. Darüber hinaus können die Parameter wie Druck, Temperatur, Machzahl, Geschwindigkeitsvektor, spezifischer Impuls, Düseneffizienz usw. werden für 8 verschiedene Fälle von Druckdifferenz im Bereich von 1 bar Druckdifferenz bis 4 bar Druckdifferenz jeweils in atmosphärischer und Vakuumumgebung untersucht und berichtet.
