Quelle: Universität Stuttgart 7. März 2024.

7. März 2024 – Eine Expertenjury hat entschieden: Das Team der studentischen Kleinsatellitengruppe der Universität Stuttgart (KSat e.V.) ist eines von acht europäischen Teams, das im Rahmen des REXUS/BEXUS-Programms (Rocket and Balloon Experiments for University Students) zwei Experimente auf einer REXUS-Höhenforschungsrakete durchführen darf. Der Flug der Rakete wird zwischen dem 11. und 15. März 2024 stattfinden, eine anschließende Bergung ist vorgesehen.

Das Projekt „Ferrofluid Application Study“ FerrAS ist nach FARGO im vergangenen Jahr und PAPELL 2018 das dritte auf Ferrofluiden basierende Studierendenprojekt der Universität Stuttgart, das unter Weltraumbedingungen getestet wird. Anders als bei den Vorgängern auf der Internationalen Raumstation ISS gilt es dieses Mal, innerhalb weniger Minuten Schwerelosigkeit die Experimente durchzuführen und Erkenntnisse zu gewinnen, wie Flüssigkeit in der Schwerelosigkeit am besten transportiert werden kann.

Projekt FerrAS setzt auf Ferrofluide
„Nach über zwei Jahren Arbeit ist es einfach toll, das Experiment jetzt am Weltraumbahnhof Esrange in Schweden auf die Reise zu schicken!“, sagt Christopher Vogt, Systemingenieur von FerrAS. „Im Rahmen des REXUS/BEXUS-Programms können wir unsere Vision zur Entwicklung nachhaltiger Pumpsysteme in Mikrogravitation testen und validieren.“

Der Transport von Flüssigkeiten in Schwerelosigkeit beispielsweise für Kühlmittel, Treibstoffe oder Gase ist eine technische Herausforderung. Konventionelle Pumpsysteme können diese Aufgabe meistern, sind aber mechanisch komplex und anfällig für Fehlfunktionen. Das Projekt FerrAS könnte dafür mit seinen innovativen Ferrofluid-Pumpsystemen für Mikrogravitationsumgebungen eine Lösung liefern: Das interdisziplinäre Team von Studierenden aus sechs Studiengängen der Universität Stuttgart wird im Höhenflug zwei neuartige Pumpkonzepte testen, um die Effizienz und Langlebigkeit von Flüssigkeitsmanagementsystemen im Weltraum zu verbessern. Ferrofluide, eine magnetische Flüssigkeit, haben ideale Eigenschaften, um mechanischen Verschleiß zu minimieren.

Multifunktionale Komponente und Flüssigkeitskreisläufe ersetzen Material
Für die Verdrängerpumpe nutzt das Team Ferrofluid-beschichtete Magnete, die als multifunktionale Komponenten agieren: Sie dienen als Triebkolben, Dichtung, Schmiermittel und Ventil zugleich. Die Steuerung dieser Magnete erfolgt durch externe Elektromagnete, die durch wellenförmige Ansteuerung eine effektive Pumpbewegung erzeugen. Die neuartige Technik soll die Zuverlässigkeit von Weltraumpumpsystemen enorm steigern.

Die Linearpumpe, das zweite Konzept des FerrAS-Projekts, könnte die Feinjustierung der Lageregelung von Kleinsatelliten revolutionieren. Sie nutzt ein Reservoir von Ferrofluid, das durch Permanentmagnete fixiert ist. Quer verbaute Elektromagnete erzeugen eine magnetische Welle und damit eine Welle im Ferrofluid selbst, welches das nicht-magnetische Arbeitsmedium – hier Wasser-Ethanol – antreibt. So entsteht ein Flüssigkeitskreislauf, der ganz ohne mechanisch oszillierende Elemente zielgerichtet und vibrationsarm Drehmomente erzeugt.

Erfahrungen in der Ferrofluid-Forschung
Seit 2017 erforscht das Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart Ferrofluide. Das PAPELL-Experiment demonstrierte erstmals die Steuerung von Ferrofluidbewegungen in Mikrogravitation mittels Magnetfeldern. Diese Erkenntnisse führten zur Entwicklung von Technologien, die mechanische Komponenten durch langlebigere ferrofluidische Lösungen ersetzen. Das nachfolgende FARGO-Experiment testete erfolgreich ferrofluidische Systeme auf der ISS, darunter Kreisel- und Schaltersysteme.

Mitmachaktion: Dein Name im All
Die „Fly Your Name“-Aktion von FARGO wird für FerrAS fortgesetzt. Interessierte haben die Möglichkeit, ihren Namen auf einer SD-Karte zu verewigen, die auf der REXUS-Höhenforschungsrakete ins All fliegt. Zusätzlich erhalten alle, die ihren Namen eintragen, ein virtuelles Ticket als Erinnerung.

Gin wieder mit an Bord
Wie beim FARGO-Experiment spielt auch im FerrAS-Projekt Stuttgarter Gin eine besondere Rolle. Die Arbeitsflüssigkeit, eine Mischung aus Ethanol und Wasser, erweist sich für das verwendete Ferrofluid als ideale Kombination. Zusätzlich wird ein kleiner, versiegelter Container mit Gin als Referenzflüssigkeit an Bord sein. Diese einzigartige Beigabe unterstreicht nicht nur die kreative Verbindung von Wissenschaft und regionalen Besonderheiten, sondern dient auch wissenschaftlichen Vergleichszwecken im Rahmen des Experiments.

„Wir sind sehr gespannt auf die Ergebnisse der Pumpen und freuen uns als Team auf die gemeinsame Zeit und natürlich den Raketenstart in Schweden“, sagt Bahar Karahan, Chefin des Wissenschaftsteams von FerrAS.

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• Höhenforschungsraketen

Der Beitrag FerrAS: Experimente starten mit Höhenforschungsrakete vom Weltraumbahnhof in Schweden erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: IRS, 20. April 2023.

Nach rund vier Wochen auf der Internationalen Raumstation (ISS) ist das Ferrofluid-Experiment der Universität Stuttgart wieder zurück. „Wir sind sehr zufrieden“, sagt Daniel Philipp, Leiter des in-orbit Betriebs und Co-Leiter des FARGO Elektronikteams der Universität Stuttgart. Den Studierenden ist es gelungen, alle drei Experimente zu betreiben und jeweils mindestens grundlegende Funktionstests erfolgreich durchzuführen. „Damit haben wir bewiesen, dass unsere Ferrofluid-Technologien für den prinzipiellen Einsatz im Weltraum geeignet sind.“

Neue Technologien sind zuverlässiger und günstiger
Mit dem Experiment wollten die Studierenden neue Technologien für die Raumfahrt erproben, die langlebiger, zuverlässiger und damit auch kostengünstiger sind als bisher. FARGO steht für Ferrofluid Application Research Goes Orbital. Untersucht wurden ein thermischer Schalter, der die Übertragung von Wärme zwischen zwei Bauteilen regelt, ein elektrischer Schalter, welcher einen Stromkreis schließen und öffnen soll, sowie ein neuartiges System zur Lageregelung von Kleinsatelliten. Alle Experimente beruhen dabei auf einer Ferrofluid-Technologie und verzichten auf mechanische Teile. Somit wird die Gefahr eines Ausfalls aufgrund von Verschleiß deutlich reduziert.

Als die Astronauten das Experiment in den Experimentierschrank auf der ISS eingebaut hatten, gab es zunächst Schwierigkeiten. „Eigentlich sollte das Experiment vollautomatisch starten und die Experimentliste abarbeiten, das funktionierte aber nicht“, erzählt Steffen Großmann, der für die Elektronik und Software von FARGO zuständig ist. Also hat das FARGO-Team schnell damit begonnen, bestehende Probleme am Bodenreferenzmodell nachzustellen, alternative Lösungen zu entwickeln und zu testen. „Letztendlich konnten wir mit einer neuen Methode einen halbautomatischen Betrieb des Experiments mit regelmäßigen neuen Updates von der Erde aus realisieren. Wir haben fast täglich neue Pläne entwickelt und angepasst. Das war eine sehr anstrengende Phase für uns.“

Eine besondere Herausforderung stellte das Experiment mit dem elektrischen Schalter dar: „Wir haben erst zwei Tage vor Missionsende geschafft, es zu starten. Das enthaltene Flüssigmetall tendiert dazu, mit der Zeit zu degradieren und dann weniger auf Magnetfelder zu reagieren. Vermutlich hatte unsere Probe im Weltraum dieses Problem. Erst mit einer neuen Art der Ansteuerung mit Hilfe gepulster Magnetfelder hat es dann auf der ISS geklappt“, sagt Großmann.

Rakete mit FARGO an Bord dockt von der ISS ab
https://youtu.be/Yi91eeY77y8

Die Ergebnisse des Projekts
Doch die vielen extra Stunden Arbeit und Kopfzerbrechen haben sich gelohnt. „Dass wir es letztlich geschafft haben, alle drei Experimente erfolgreich zu betreiben, ist ein großer Erfolg für uns“, resümiert Philipp.

Konkret heißt das:

• Das Kreiselsystem konnte gestartet werden, lief bei der gewünschten Zieldrehzahl und konnte bei verschiedenen Drehzahlen betrieben werden.
• Der thermische Schalter konnte gezielt angesteuert werden und verhielt sich gemäß den Erwartungen des FARGO-Teams. Dies gelang in mehrfachen Testreihen und Dauertests.
• Der elektrische Schalter konnte elektrische Lasten schalten und mehrfache gezielte Schaltsequenzen reproduzierbar durchführen.

Wie geht es jetzt weiter? Im Laufe der Woche werden die Studierenden das originale Experiment wieder in ihren Händen halten können und dann die echten Weltraum-Leistungsdaten der Entwicklungen sowie Bilder und Videos vom Verhalten auf der ISS sichten. Die ausführlichen Ergebnisse wollen die Studierenden dann auf Fachkonferenzen vorstellen.

Siehe auch die Portalmeldung vom 8. März 2023:

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• **ISS** Forschung & Forschungseinrichtungen

Der Beitrag Studentisches Experiment auf der ISS war erfolgreich erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Stuttgart 8. März 2023.

8. März 2023 – Im Weltraum wird das Experiment dann rund vier Wochen lang erprobt. Ziel des Experiments ist es, mechanische Teile wie zum Beispiel Schalter in der Raumfahrt durch weniger verschleißanfällige und zuverlässigere Technologien zu ersetzen.

10 x 10 x 20 Zentimeter groß ist die Box, in der sich das studentische Experiment FARGO befindet. Vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral in Florida wird es mit einer Falcon 9-Trägerrakete zur ISS starten. Dort angekommen, werden es die Astronaut*innen entnehmen und in einen Experimentierschrank einbauen, wo es rund vier Wochen bleiben und autonom laufen wird. Anschließend fliegt es wieder zurück zur Erde und wird an das studentische Team der Universität Stuttgart übergeben.

Bahar Karahan studiert Luft- und Raumfahrttechnik im Bachelor an der Universität Stuttgart. Im Projekt ist sie unter anderem für die Integration und Tests des thermalen Schalters verantwortlich. „Es ist ein unbeschreibliches Gefühl, schon als Studentin an einem Raumfahrtprojekt zu arbeiten, welches hoffentlich in Zukunft den Grundstein für eine nachhaltigere Raumfahrt legt. Das Forschungsgebiet von Ferrofluiden in der Raumfahrt ist noch nicht verbreitet, deswegen liegt es an uns, das Ganze in Fahrt zu bringen.“

Mit dem Experiment wollen die Studierenden neue Technologien für die Raumfahrt erproben, die langlebiger, zuverlässiger und damit auch kostengünstiger sind als bisher. „Astronautinnen und Astronauten verbringen derzeit bis zu zwei Stunden am Tag mit Wartungsarbeiten an Bord der Raumfahrzeuge. Manchmal sind zusätzliche Versorgungsflüge nötig, um defekte Instrumente auszutauschen. Das ist zeit- und kostenintensiv. Um künftige Missionen zum Beispiel zum Mars zu realisieren, müssen Raumfahrzeuge möglichst wartungsfrei funktionieren“, sagt Manfred Ehresmann vom IRS, Ideengeber und Betreuer des studentischen Projekts.

Wie verhalten sich Ferrofluide in der Schwerelosigkeit?
FARGO steht für Ferrofluid Application Research Goes Orbital und dabei untersuchen die Studierenden, wie sich drei Anwendungen von Ferrofluiden in der Schwerelosigkeit verhalten. Getestet werden ein thermischer Schalter, der die Übertragung von Wärme zwischen zwei Bauteilen regelt, ein elektrischer Schalter, welcher einen Stromkreis schließen und öffnen soll, sowie ein neuartiges System zur Lageregelung von Kleinsatelliten. Alle Experimente beruhen dabei auf einer Ferrofluid-Technologie, bei der das Ferrofluid mittels externer Magnetfelder so manipuliert werden kann, dass es einen Strom- oder Wärmekreislauf schließen kann oder, im Falle des Lageregelungskonzepts, ein Drehmoment erzeugt. Ferrofluide sind Flüssigkeiten, in denen magnetische Partikel vorhanden sind, die auf externe Magnetfelder reagieren. Allen drei Anwendungen ist gemeinsam, dass sie auf mechanische Teile möglichst verzichten und somit die Gefahr eines Ausfalls aufgrund von Verschleiß deutlich reduzieren.

Das Experiment basiert auf den Ergebnissen des vorherigen Experiments PAPELL (Pump Application using Pulsed Electromagnets for Liquid reLocation), das bereits 2018 auf der ISS erfolgreich durchgeführt wurde. Dabei wurde eine von der studentischen Kleinsatellitengruppe Ferrofluid basierte Pumpe in der Schwerelosigkeit getestet.

Nur rund ein Jahr hatten die Studierenden Zeit, um ihr Experiment zu entwickeln. „Für Raumfahrtprojekte ist das äußerst schnell“, erklärt Ehresmann. Der Zeitfaktor war mit eine der größten Herausforderungen, bestätigt auch Studentin Karahan: „Die größte Herausforderung war es, Projekt, Studium, Arbeit und Freizeit unter einen Hut zu bekommen. Da könne es schon passieren, dass eine Vorlesung wiederholt oder eine Prüfung geschoben werden muss. „Es lohnt sich aber auf jeden Fall mitzumachen, auch trotz hohen Zeitaufwands.“

Experiment enthält Stuttgarter Gin
Die 23 Studierende der Kleinsatellitengruppe KSat haben teilweise sieben Tage die Woche an dem Experiment gearbeitet. „Viele von uns studieren Luft- und Raumfahrttechnik an der Universität Stuttgart, aber wir haben auch Studentinnen und Studenten aus der Chemie, der Physik, der Elektrotechnik, der Informatik oder dem Maschinenbau im Team“, sagt Saskia Sütterlin, die studentische Projektleiterin. Im Projekt werde die studiengangsübergreifende Zusammenarbeit gelebt und sei essentiell. „Unsere Chemie-Expertin hatte die gute Idee, statt Isopropanol Ethanol im Experiment zu verwenden. Der Alkohol verdunstet langsamer und stabilisiert das Gemisch. Das erhöht die Anwendungssicherheit für das Experiment“, erklärt Ehresmann. Das ist auch der Grund, weshalb nun Alkohol ins Weltall fliegt und zwar ungefähr sieben Milliliter in Form eines Stuttgart Gins.

Tausend Namen fliegen mit ins All
15 Teammitglieder werden am 15. März 2023 live vor Ort dabei sein, wenn die Rakete mit dem Experiment an Bord startet. Ins All begleitet wird das Experiment von rund tausend Namen, die im Rahmen der Aktion „Fly Your Name“ eingereicht worden sind. Unter anderem fliegen auch Baden-Württembergs Ministerpräsident Winfried Kretschmann, Wissenschaftsministern Petra Olschowski und der Rektor der Universität Stuttgart, Prof. Wolfram Ressel, in Form ihres Namens mit. Ein symbolisches Ticket haben ihnen die Studierenden während ihres Besuchs Mitte Februar an der Universität Stuttgart überreicht. Die „Fly your Name“-Aktion läuft noch bis Donnerstag, 9. März. Wer seinen Namen ins All fliegen lassen möchte, kann sich auf der KSat-Webseite eintragen.

Dass ihr Experiment zur ISS fliegen darf, verdanken die Studierenden ihrem Gewinn im Rahmen des Überflieger-2-Wettbewerbs der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Luxembourg Space Agency (LSA). Dort setzten sie sich Ende 2021 mit drei weiteren Teams gegen insgesamt acht deutsche und zwei luxemburgische Teams durch.

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• **ISS** Forschung & Forschungseinrichtungen

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