FARGO
Ferrofluid Application Research Goes Orbital
Das Experiment ist in drei Unterexperimente gegliedert: zwei verschiedene Schalter, ein elektrischer und ein thermaler Schalter, sowie einem Lageregelungskonzept. Alle drei Experimente nutzen so genannte Ferrofluide: Das sind Flüssigkeiten, die aus einer Trägerflüssigkeit, in den meisten Fällen einem Öl, und darin suspendierten und beschichteten magnetischen Partikeln, bestehen.
Die Forschung mit Ferrofluiden besitzt bei KSat bereits eine mehrjährige Tradition. Mit unserem Experiment PAPELL (Pump Application using Pulsed Electromagnets for Liquid reLocation) konnten wir uns bereits im Überflieger 1 Wettbewerb durchsetzen, und somit im Jahr 2018 die Grundlage einer Pumpentechnologie mittels Ferrofluid auf der ISS demonstrieren. Um die Effekte und Anwendungen in realistischen Weltraumbedingungen untersuchen zu können werden die Ferrofluidanwendungen im Rahmen des KSat-Projektes für die ISS-Mission weiterentwickelt. Hierfür hat sich ein Team aus 21 Mitgliedern gegründet, die von 2 Doktoranden des Instituts für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart unterstützt werden.
Unsere Experimente
Thermaler Schalter
Die rauen Bedingungen des Weltraums sind durch extreme Temperaturunterschiede gekennzeichnet. Während sich auf der der Sonne zugewandten Seite extreme Hitze auf Satellitenoberflächen entwickeln können, ist es auf der Schattenseite genau umgekehrt. Der daraus resultierende, zeitlich, örtlich und in der Richtung unregelmäßige Wärmefluss führt zu Temperaturspitzen und -gradienten, die die Leistung, Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit des Systems beeinträchtigen können, da diese Belastungen berücksichtigt werden müssen. Durch den von uns entwickelte thermale Schalter sollen diese Wärmelasten aktiv durch Ferrofluidmanipulation geschalten werden.
Elektrischer Schalter
Gerade in Weltraumanwendungen sind mechanische Teile aufgrund ihrer Anfälligkeit für Verschleiß problematisch. Eine Reparatur oder ein Austausch ist nur unter erschwerten Bedingungen möglich und zumeist mit sehr hohen Kosten verbunden. Die Entwicklung eines elektrischen Schalters ohne mechanisch bewegliche Teile, der im Vergleich zu Transistoren höhere Lasten schalten kann, könnte ein wichtiger Entwicklungsschritt für Langzeitmissionen darstellen. Der von uns entwickelte elektrische Schalter soll hierfür auf der ISS mit verschiedenen Lasten getestet und für diese Umgebung verifiziert werden.
ACS BLDC
Die Ideen hinter der Entwicklung einer neuartigen Lageregelungskomponente ist, den Einsatz von verschleißintensiven Teilen zu reduzieren. Der Lageregelungskomponente (Drallrad) ist die Funktionsweise eines BLDC-Motors (brushless directed current motor) zugrunde gelegt. Der Aufbau des mit Spulen bestückten Stators wird übernommen, aber den Rotor bildet ein heterogenes System aus Ferrofluid und Sekundärflüssigkeit. Ziel ist es durch gezieltes Ansteuern der Spulen eine gleichförmige Bewegung des Ferrofluids zu erzeugen. Das Ferrofluid überträgt den Drehimpuls auf das Sekundärfluid, welches diesen speichert (Trägheit).
Überflieger 2
Eine Jury, darunter der Astronaut Gerhard Thiele, bewertete die Vorschläge nach wissenschaftlichem Gehalt, technischer Ausgereiftheit und Umsetzbarkeit. Die Siegerteams kamen aus Frankfurt (EXCISS), Stuttgart (PAPELL) und Duisburg-Essen (ARISE).
Im Sommer 2018 werden die Teams ihre Experimente während der horizons-Mission des ESA-Astronauten Alexander Gerst zur ISS senden. Die Experimente, die in kleine Container passen müssen, sollen mindestens 30 Tage betrieben werden. Der Wettbewerb bietet den Studierenden wertvolle Erfahrungen in der Raumfahrt und ermöglicht es ihnen, eigene Forschungsfragen kreativ zu bearbeiten. Die Sieger können zudem den Start ihres Experiments live verfolgen.
Eine Jury, darunter der Astronaut Gerhard Thiele, bewertete die Vorschläge nach wissenschaftlichem Gehalt, technischer Ausgereiftheit und Umsetzbarkeit. Die Siegerteams kamen aus Frankfurt (EXCISS), Stuttgart (PAPELL) und Duisburg-Essen (ARISE).
Im Sommer 2018 werden die Teams ihre Experimente während der horizons-Mission des ESA-Astronauten Alexander Gerst zur ISS senden. Die Experimente, die in kleine Container passen müssen, sollen mindestens 30 Tage betrieben werden. Der Wettbewerb bietet den Studierenden wertvolle Erfahrungen in der Raumfahrt und ermöglicht es ihnen, eigene Forschungsfragen kreativ zu bearbeiten. Die Sieger können zudem den Start ihres Experiments live verfolgen.
„Auf der ISS wird mit hunderten Experimenten verschiedenster Fachrichtungen Spitzenforschung betrieben. Und nun habt ihr die Möglichkeit teil davon zu werden!“
Timeline
Ausschreibung Überflieger 2
Im Rahmen des ISS Aufenthalts von Matthias Maurer sollten 4 Studierendenteams, drei aus Deutschland und eines aus Luxemburg, die Möglichkeit erhalten, Experimente auf der Internationalen Raumstation ISS durchzuführen.
Einreichung Proposal
Nach unseren Erfahrungen im Vorgängerprojekt PAPELL und vielen Gesprächen, Diskussionen und Workshops stand unser Proposal, also unser Vorschlag für ein Experiment im Überflieger2 Programm. Im Anschluss an eine Vorauswahl wurde wir zur Deutschen Weltraumagentur im DLR eingeladen, um unser Projekt vorzustellen und konnten uns schlussendlich gegen unsere Mitbewerber durchsetzen, der Weg zur ISS hatte begonnen!
PDR (Preliminary Design Review)
Bei Erreichen des PDR stand das Layout der Experimente innerhalb der FARGO-Box bereits fest. Kleinere Änderungen an den Experimenten folgten bem sehr erfolgreichen Review, um den reibungslosen Betrieb der Experimente im Orbit zu gewährleisten.
CDR (Critical Design Review)
Mit dem CDR ging der Design Freeze des Projektes einher: Ab hier durften keine Änderungen am Design mehr erfolgen. Das Testen und Verifizieren der gestellten Anforderungen steht ab sofort im Vordergrund.
FRR (Flight Readiness Review)
Ein letztes Mal sollte beim Flight Readiness Review die Flugtauglichkeit von FARGO überprüft werden. Nach einer erfolgreichen Prüfung hieß es nun: Bereit zum Launch!
Launch!
Up we Go! Im März 2023 ist es nun endlich so weit, das FARGO-Team durfte live zum Start nach Cape Canaveral. FARGO wurde erfolgreich mit der SpaceX Re-Supply-Mission CRS-27 an Bord der ISS geliefert.
Ferrofluide
Ferrofluide sind faszinierende Materialien, die aus winzigen magnetischen Partikeln bestehen, die in einer Flüssigkeit suspendiert sind. Diese Partikel sind oft aus Eisen oder Eisenoxiden und haben typischerweise eine Größe von nur wenigen Nanometern. Die einzigartige Eigenschaft von Ferrofluiden liegt darin, dass sie auf magnetische Felder reagieren. Wenn ein externes Magnetfeld angelegt wird, richten sich die magnetischen Partikel aus und erzeugen beeindruckende visuelle Effekte, die von Wellen bis hin zu spitzen Strukturen reichen können.
Die Entdeckung von Ferrofluiden geht auf die 1960er Jahre zurück, als sie ursprünglich für den Einsatz in der Raumfahrt entwickelt wurden. Die Idee war, die Flüssigkeiten in Gyroskopen zu stabilisieren, die in Satelliten verwendet werden. Seitdem hat sich das Anwendungsfeld erheblich erweitert. Heute finden Ferrofluide Anwendung in der Technik, Medizin und Kunst.
In der Technik werden Ferrofluide häufig in Dichtungen und Lautsprechern eingesetzt, um Schwingungen zu kontrollieren und Geräuschpegel zu reduzieren. In der Medizin könnten sie in der gezielten Medikamentenabgabe eingesetzt werden, indem sie sich in Reaktion auf Magnetfelder an bestimmten Stellen im Körper konzentrieren. Dies könnte potenziell die Behandlung von Tumoren erleichtern, indem Medikamente direkt zu den erkrankten Zellen transportiert werden.
Wir suchen dich!
Hat FARGO dein Interesse geweckt? Wir sind immer auf der Suche nach neuen Mitgliedern!
Egal ob du gerade im 1. Semester anfängst oder schon Raumfahrtexperte bist und egal, was du studierst: Wir finden für alle eine spannende Position in unserem Team. Alle unsere Projekte sind in Subsystemen organisiert, die für verschiedene Teilbereiche verantwortlich sind. Falls du jetzt schon weißt, worauf du Lust hast, kontaktiere uns!
Eine Teilnahme an FARGO ist aufgrund der Beendigung des Projektes nicht mehr möglich, aber es gibt immer nachfolgende Projekte, bei denen du frisch einsteigen kannst.
FARGO Subsysteme
Projektleitung
Unsere Allrounder, die das Projekt zusammenhalten. Hier werden Deadlines im Auge behalten, die Kommunikation gemanaget und Teamevents organisiert. Erfahrene Vereinsmitglieder schaffen einen Rahmen für ein erfolgreiches Projekt.
Science
Entwicklung, Test und Bau der Schalter und des ACS sind die Aufgaben des Science-Teams. Dabei müssen wir immer mit den anderen Subsystemen kommunizieren, um Anforderungen zu stellen und innerhalb des technisch möglichen zu bleiben.
Mechanics
Wenn FARGO beim Start auseinanderfällt wäre viel Arbeit umsonst gewesen. Damit das nicht passiert erarbeitet Mechanics die Struktur unseres Experiments, die verschiedensten Anforderungen wie Festigkeit, Dichtigkeit oder einfacher Zusammenbaubarkeit genügt.
Electronics
Hier wird das elektronische Design der einzelnen Experimente und des Gesamtsystems durchgeführt. Auf selbstentwickelten Leiterplatten werden von der Stromversorgung über die Experimentensteuerung bis zur Datenkommunikation und -speicherung ausgeführt.
Software
Sowohl auf unserem Hauptcomputer wie auch auf unseren Experimentenboards läuft Software, die Experimentenbetrieb und Kommunikation sicherstellt. Dabei muss das Team auf die besonderen Herausforderungen einer ISS-Mission eingehen – Funktioniert die Software nicht funktioniert das Projekt nicht.
Galerie
Förderer und Sponsoren
