Qualifizierung von Wärmeschutzsystemen

Einrichtung „Über- und Hyperschalltechnologien“ (HY)

Materialqualifizierung in Luft (Erdatmosphäre).
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Materialqualifizierung in CO2 (Marsatmosphäre).
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Partikelbeladene Strömung im L2K.
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Aerothermodynamische Untersuchungen an HYFLEX-Komponenten im L3K.
Vor ihrem Einsatz müssen Wärmeschutzmaterialien sowie Oberflächenstrukturen von Wiedereintritts-Konfigurationen am Boden intensiv getestet und qualifiziert werden. Die lichtbogenbeheizten Wind¬kanäle L2K und L3K eignen sich hervorragend für diese Aufgaben, da sie Tests in einer Hochenthalpieströmung für die Dauer eines typischen Atmosphäreneintritts ermöglichen.

In Materialqualifizierungstests wird geprüft, ob sich ein Material grundsätzlich für den Thermalschutz eignet. Untersuchungen kompletter Thermalschutzstrukturen begleiten die Entwurfsphase eines Raumfahrzeugs, die im allgemeinen mit einem offiziellen Qualifizierungstest abgeschlossen wird.

Die L2K- und L3K-Anlagen bieten optimale Bedingungen, Hitzeschildkomponenten und Hochtemperatursensoren für unterschiedliche Atmosphären zu qualifizieren. Schon in der visuellen Erscheinung des Strömungsfeldes lassen sich deutliche Unterschiede zwischen der Erdatmosphäre und der Marsatmosphäre, die hauptsächlich aus Kohlendioxid besteht, feststellen.

Beim Marseintritt muss neben der thermischen Strukturbeanspruchung auch die Erosion durch Staubpartikel, die bis in hohe Atmosphärenschichten aufgewirbelt werden können, berücksichtigt werden.

Detailprobleme eines Wärmeschutzkonzeptes lassen sich oftmals nur unzureichend numerisch simulieren und müssen experimentell untersucht werden. Im Rahmen einer nachträglichen Analyse der japanischen HYFLEX-Mission wurden z.B. im Rahmen einer ESA-NASDA/NAL-Kooperation Strahlungsaustausch und Strömungsphänomene in Spalten zwischen Wärmeschutzkacheln systematisch untersucht.




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