SACOMAR

Technologies for Safe and Controlled Martian Entry

Erfolg und Misserfolg zukünftiger Erkundungsmissionen zum Mars beruhen nicht unwesentlich darauf, dass in der Entwurfsphase die thermischen Lasten, die während des Atmosphäreneintritts auf das Raumfahrzeug einwirken, realitätsnah angesetzt werden. Eine genaue Vorhersage dieser Wärmelasten ist eine der anspruchvollsten Aufgaben beim Entwurf von Raumfahrzeugen. Verbesserungen in der Vorhersagegenauigkeit könnten dazu beitragen, Sicherheitstoleranzen zugunsten der wissenschaftlichen Nutzlast zu reduzieren. Dazu müssen jedoch die in den gängigen numerischen Simulationsverfahren verwendeten physikalischen Modelle angepasst werden.

SACOMAR Logo
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Materialprobe in Marsatmosphäre
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Das Projekt SACOMAR befasst sich speziell mit aerodynamischen Fragestellungen beim Marseintritt und hat sich unter anderem die Verbesserung experimenteller und numerischer Methoden zum Ziel gesetzt. Als Bestandteil des 7. EU-Forschungsrahmenprogramms werden die Arbeiten im Auftrag der EU-Kommission durch das DLR koordiniert und kooperativ mit folgenden Partnern durchgeführt:

  • CIRA: Italian Aerospace Research Center (Italien),
  • TAS-I: Thales Alenia Space Italia S.p.A (Italien),
  • EADS Astrium GmbH (Deutschland),
  • TsNIIMash: Central Research Institute for Machine Building (Russland),
  • TsAGI: Central Aerohydrodynamic Institute (Russland),
  • IPM: Institute for Problems in Mechanics (Russland),
  • ITAM: Institute of Theoretical and Applied Mathematics (Russland).

Das Projekt SACOMAR bringt zum ersten Mal Institutionen aus Westeuropa und Russland zusammen, die sich führend mit Technologien für den Marseintritt befassen. Die Anforderungen an die Arbeiten werden dabei von den Erfordernissen der EXOMARS-Mission, die voraussichtlich im Jahre 2016 zum Mars starten wird, abgeleitet.

Für die experimentellen Arbeiten werden unterschiedliche Hochenthalpie-Versuchsanlagen eingesetzt, um alle relevanten thermochemischen Bereiche abzudecken. In Kurzzeitanlagen können thermische und chemische Relaxationsvorgänge bei Rahmenbedingungen, die dem echten Marseintritt sehr nahe kommen, untersucht werden. Die gemessene Wärmelasten werden mit Messungen in Langzeitanlagen, d.h. Plasmatron-Anlagen und lichtbogenbeheizten Windkanälen, verglichen, um die Einflüsse von Gas- und Oberflächenchemie ermitteln zu können.

SACOMAR Arbeitsschema
Parallel zu den experimentellen Arbeiten wird geprüft, inwieweit sich die existierenden thermochemischen Modelle im Hinblick auf die Berücksichtigung von Nichtgleichgewichtseffekten und Oberflächenreaktionen verbessern lassen. Modelle für die Marsatmosphäre sind im Vergleich zur Erdatmosphäre komplexer. Wegen der geringen Dichte der Atmosphäre müssen außerdem erhebliche Abweichungen vom thermochemischen Gleichgewicht berücksichtigt werden.

Die verbesserten Modelle werden dann in numerische Simulationsverfahren eingebaut und dann anhand der experimentellen Ergebnisse validiert. Den Abschluss der Arbeiten bildet eine zusammenfassende Bewertung der erzielten Verbesserungen im Hinblick auf zukünftige Missionen zum Mars.




Kontakt
Dr.-Ing. Ali Gülhan
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
, Über- und Hyperschalltechnologie
Tel: +49 2203 601-2363

Fax: +49 2203 601-2085

E-Mail: Ali.Guelhan@dlr.de
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D2.2 Validation Strategy (http://www.dlr.de/as/Portaldata/5/Resources/dokumente/projekte/sacomar/SACOMAR_D2_2_DLR_Validation_Strategy.pdf)
D4.1 Requirements on Modelling and Simulation (http://www.dlr.de/as/Portaldata/5/Resources/dokumente/projekte/sacomar/SACOMAR_D4_1_TAS-I_Requirements_on_Modelling_and_Simulation.pdf)
D5.1 Test Plan for Experiments (http://www.dlr.de/as/Portaldata/5/Resources/dokumente/projekte/sacomar/SACOMAR_D5_1_DLR_Testplan_for_Experiments.pdf)
D5.2 Results of the Experimental Study in HEG (http://www.dlr.de/as/Portaldata/5/Resources/dokumente/projekte/sacomar/SACOMAR_D5_2_DLR_Experimental_Study_HEG.pdf)
D5.3 Results of the Experimental Study in IT-2 (http://www.dlr.de/as/Portaldata/5/Resources/dokumente/projekte/sacomar/SACOMAR_D5_3_TSAGI_Experimental_Study_IT-2.pdf)
D5.4 Results of the Experimental Study in the IPG-4 Facility (http://www.dlr.de/as/Portaldata/5/Resources/dokumente/projekte/sacomar/SACOMAR_D5_4_IPM_Experimental_Study_IPG-4.pdf)
D5.5 Results of the Experimental Study in the Plasmatron Facility U13 (http://www.dlr.de/as/Portaldata/5/Resources/dokumente/projekte/sacomar/SACOMAR_D5_5_TSNIIMASH_Experimental_Study_U13.pdf)
D5.6 Results of the Experimental Study in the L2K Facility (http://www.dlr.de/as/Portaldata/5/Resources/dokumente/projekte/sacomar/SACOMAR_D5_6_DLR_Experimental_Study_L2K.pdf)
D6.1 Review of Physico-Chemical CO2 Modelling (http://www.dlr.de/as/Portaldata/5/Resources/dokumente/projekte/sacomar/SACOMAR_D6_1_ASTRIUM_Review_of_Physico-Chemical_Modelling.pdf)
D6.2 Modelling of Transport Properties of a CO2/N2 Mixture (http://www.dlr.de/as/Portaldata/5/Resources/dokumente/projekte/sacomar/SACOMAR_D6_2_TSNIIMASH_Modelling_of_Transport_Properties.pdf)
D6.3 Report and Library on Gas Phase Chemistry (http://www.dlr.de/as/Portaldata/5/Resources/dokumente/projekte/sacomar/SACOMAR_D6_3_DLR_Gas_Phase_Chemistry.pdf)
D6.4 Report and Library on Surface Chemistry (http://www.dlr.de/as/Portaldata/5/Resources/dokumente/projekte/sacomar/SACOMAR_D6_4_IPM_Surface_Chemistry.pdf)
D7.11 Numerical Simulation of IPG-4 Experiments (http://www.dlr.de/as/Portaldata/5/Resources/dokumente/projekte/sacomar/SACOMAR_D7_11_IPM_Numerical_Simulation_IPG-4.pdf)