012 - Klotssatelliet lijdt tot betere ruimtevaartuigen
Datum: 8 februari 2005
Onderzoek van de Rijksuniversiteit Groningen met de 11 februari 2005
te lanceren Nederlandse satelliet Sloshsat moet meer inzicht geven in
het gedrag van grote vloeibare ladingen in de ruimte. Daartoe
vergelijkt een groep wiskundigen van de universiteit het geklots van
het water in de satelliet met door hen ontwikkelde computermodellen.
Beter inzicht in het klotsgedrag in de ruimte moet leiden tot beter
ontwerp van ruimtevaartuigen met een vloeibare lading.
Hoe koppel je veilig een bevoorradingsvaartuig aan het ruimtestation
ISS als een lading vers drinkwater onrustig in de voorraadtanks heen
en weer klotst en het aanlegpunt heen en weer zwiept? Hoe houd je
nauwkeurig een satelliet op koers als bij iedere baancorrectie de
vloeibare brandstof niet mee de bocht om wil? Dit zijn vragen die met
de toenemende exploratie van de ruimte steeds belangrijker worden.
Wiskundige modellen
De onderzoeksgroep Technische Mechanica en Numerieke Wiskunde van de
Rijksuniversiteit Groningen bestudeert deze vragen langs theoretische
weg. Onder leiding van professor Arthur Veldman, ontwikkelt de groep
wiskundige modellen die de beweging van het ruimtevaartuig inclusief
zijn klotsende lading beschrijven. Deze zogenaamde CFD modellen (CFD =
Computational Fluid Dynamics) worden met behulp van de computer
doorgerekend en geanalyseerd.
Testen in de ruimte noodzakelijk
Vergelijking met de werkelijkheid leert de onderzoekers in hoeverre
hun model functioneert en waar het eventueel aangepast moet worden.
Vloeistoffen gedragen zich in de ruimte net even anders dan op aarde.
Met name de stroming in de buurt van de contactlijn tussen
vloeistofoppervlak en tankwand wordt fysisch nog niet goed begrepen.
Deze stroming heeft een belangrijke invloed op de globale
vloeistofbeweging en daarmee op het gedrag van het gehele
ruimtevaartuig. Dit soort onderzoek is alleen mogelijk in een situatie
van langdurige gewichtloosheid. Op aarde is alleen in valtorens en
tijdens paraboolvluchten enkele ogenblikken gewichtloosheid te
verkrijgen, maar dit is te kort om voldoende nauwkeurige experimenten
uit te kunnen voeren. Experimenteren in de ruimte is daarom de
aangewezen methode.
Sloshsat
Binnenkort doet zich een uitgelezen mogelijkheid voor om het gedrag
van klotsende vloeistoffen in de ruimte te onderzoeken. Na herhaald
uitstel zal 11 februari 2005 een Ariane 5 ECA testvlucht plaatsvinden.
Aan boord is een Nederlandse satelliet, genaamd Sloshsat FLEVO
(Facility for Liquid Experimentation and Validation in Orbit), die
speciaal ontworpen is voor het doen van experimenten. Sloshsat is
bedacht, ontwikkeld en gebouwd door het Nationaal Lucht- en
Ruimtevaartlaboratorium NLR, met (financiële) ondersteuning van de
Europese ruimtevaartorganisatie ESA en de Nederlandse overheid. Het
Nationaal Instituut voor Ruimteonderzoek SRON ondersteunt het
wetenschappelijk onderzoek met Sloshsat FLEVO.
Vrije tuimeling
In feite bestaat Sloshsat (de Nederlandse vertaling is
`klotssatelliet') uit een grote cilindervormige tank, die voor iets
minder dan de helft gevuld is met 33.5 liter water. Aan de buitenkant
zit een dozijn stuurraketjes waarmee de satelliet bewogen kan worden.
Een draaiboek is opgesteld met verschillende soorten experimenten,
variërend van een goed gecontroleerde beweging tot aan een vrije
tuimeling. De reactie van het water wordt berekend uit de gemeten
beweging van de satelliet; de instantane verdeling kan worden
afgelezen via een groot aantal sensoren in de tankwand.
Direct analyseren
De metingen van de beweging van satelliet en de verdeling van het
water worden direct doorgestuurd naar de aarde, waar de Groningse
onderzoekers met hun computerprogramma klaar zitten om ze te
analyseren en eventueel aanvullende experimenten voor te stellen. De
informatie die de onderzoekers uit de ruimte ontvangen, beperkt zich
overigens niet tot dorre cijfers. Met behulp van een computeranimatie
zien ze de satelliet door de ruimte buitelen als ware die gefilmd
vanuit een camerastandpunt op enige afstand van de satelliet.
De resultaten van dit `klots'onderzoek zullen leiden tot beter inzicht
in de dynamica van ruimtevaartuigen met vloeibare lading, en op de
langere termijn tot efficiëntere ruimtereizen.
Noot voor de pers
Meer informatie: prof.dr. A.E.P. Veldman, , tel. (050) 363 3988,
e-mail: veldman@math.rug.nl
Rijksuniversiteit Groningen