Treibstoffmessung in Satellitentanks

Treibstoffmessung in Satellitentanks

Quelle: http://news.uns.purdue.edu/x/2007b/070905CollicottSatellites.html

Ältere Satelliten besitzen oft mehr als einen Tank für ihr Lagekontrollsystem. Ein Problem im Orbit ist die Bestimmung des Treibstoffstandes in denn Tanks nach mehreren Jahren Betriebszeit. Der Treibstoff verteilt sich unregelmäßig schwebend im Tank. Das macht die Füllstandsmessung schwierig. U.a. ist das ein Problem, falls ein Tank sich schneller entleert als die Anderen an Bord. Die Treibstoffförderung geschieht mittels Helium als Druckgas. Wenn ein Tank früher leer, dann kann das Helium in die Triebwerke einströmen und damit deren Funktionsfähigkeit/Zündfähigkeit beeinträchtigen. Damit ist dann auch der Treibstoff in den anderen Tanks nutzlos. Der Satellit muss früher als wirklich notwendig abgeschaltet werden.

An der Purdue Universität wurde ein neues Verfahren entwickelt, um in jedem Tank den Füllstand genau bestimmen zu können. Die Heizelemente eines jeden Tanks werden genutzt, um den Treibstoff zu erhitzen (gegen Einfrieren). Aus dem Erwärmungsverhalten jedes Tanks wird darauf geschlossen, wieviel Treibstoff sich noch in ihm befindet. Hierzu ist eine entsprechende Simulationssoftware am Boden erforderlich, welche die aus den Messdaten des Satelliten die genaue 3D-Verteilung des Treibstoffs in den Tanks bestimmt.

Zum Ausgleich unterschiedlicher Füllstände werden dann die vollen Tanks stärker erwärmt. Dadurch wird deren Treibstoff in den leereren Tank gepresst, so dass sich ein Gleichgewichtszustand zwischen allen Tanks einstellt. Die Herausforderung dabei ist das genaue Regeln der Erwärmung und des Ausgleichs zwischen den Tanks.

2 Satelliten, deren Betreiber nicht genannt werden, konnten so ca. 6 Monate länger betrieben werden. Das gesamte Verfahren dauerte 1.5 Jahre, bis der Ausgleich in den Tanks hergestellt war. Neue Satelliten besitzen oft nur einen Tank. Für ältere Modelle im Orbit kann sich das Verfahren aber lohnen.

Wie schafft man es eigentlich, den Treibstoff in der Schwerelosigkeit anzusaugen? Wenn grad in der Einzugsöffnung kein Treibstoff da ist, würde ja erst das Helium angesaugt. Kommt durch die Strömung dann der Treibstoff auch automatisch weiter, oder wie ist das eigentlich?


Matthias

Wie schafft man es eigentlich, den Treibstoff in der Schwerelosigkeit anzusaugen? Wenn grad in der Einzugsöffnung kein Treibstoff da ist, würde ja erst das Helium angesaugt. Kommt durch die Strömung dann der Treibstoff auch automatisch weiter, oder wie ist das eigentlich?


Matthias

Durch Kohäsionskräfte (so eine Art Klebekraft zwischen Teilchen eines Stoffes, Stichwort Oberflächenspannung) bleibt der Treibstoff als eine grosser "Tropfen" im Tank, er verteilt sich also nicht einfach in unzählige kleinere Tropfen. Und durch Adhäsionskräfte (Klebekraft zwischen Teilchen zweier verschiedener Stoffe) "klebt" die Treibstoffmenge am Tankrand. Der hohe Druck unterstützt dieses Verhalten.
Zum besseren Verständnis dieser Kräfte nimm dir ein Glas Wasser und berühre mit einer Fingerspitze knapp die Wasseroberfläche. Nun ziehst du den Finger ganz langsam noch oben, so dass deine Fingerspitze einen kleinen Wasserberg nach oben zieht. Voila!

Trotzdem kann man nie 100% Tankinhalt fördern. Ein anderes Verfahren zur Treibstoffförderung ist die Kapillarförderung. Hier liegt eine Art Netz im Tank, welches den Treibstoff sozusagen aufsaugt.

hallo, komme mit JuVe Thread, hier ist das Thema besser aufgehoben

Matthias hatte ja schon mal die gleiche Frage.  
Die Messung ist sicher schwierig, aber zur Förderung: könnte man nicht eine Membrane einbauen, die durch das Helium aufgeblasen wird und den Treibstoff immer schön zusammen hält. Ein treibstoffverträglicher Lufballon sozusagen ?

Wenn die beiden Methoden (von Cosmo beschrieben) aber sowieso 95% fördern, dann zahlt sichs nicht aus über was neueres nachzudenken.

LG, Cebu

Hallo Cebu,

für deine Idee braucht man kein Helium mehr. Nach deiner Idee wäre ja der Treibstoff in einem "Ballon". Das heißt der Treibstoff würde den Ballon aufblähen und sobald man die Ventile öffnet, würde die Oberflächenspannung des Ballons diesen wieder zusammenziehen und den Inhalt hinauspressen.
Wie gesagt: das ist wie ein normaler Luftballon und bräuchte kein Helium als Fördermedium mehr. Aber diese Art der Triebstoffförderung ist eher nur ein Gedankenspiel .

Hallo

Auch nicht schlecht. Aber ob der Druck für die Düsen ausreicht, und die Startbeschleunigung die Ballons nicht etwas an die Belastungsgrenze bringt ?

Warum eigentlich Helium ? weil das ein leichtes und inertes Gas ist ?

Cebu, der zitiert: "99 Luftballons, auf ihrem Weg zur ISS"  

Hat jetzt mit Treibstoffmessung nix zu tun, aber wegen dem Luftballonkonzept:
so weit war ich gar nicht weg:

http://cs.astrium.eads.net/sp/SpacecraftPropulsion/Propellant%20Tanks/Bladder_Tanks.html

Cebu

[size=9]... der schon immer Luftballons gemocht hat[/size]

Könnte man nicht mittels einer Ultraschall-Resonanz-Messung die Laufzeit der Signale bestimmen und somit die Zusammensetzung der Gase?

Wenn beide Gase eine unterschiedliche Schallgeschwindigkeit besitzen müßte es nach Ermitteln der Resonanzen möglich sein, den Durchmesser der kugelförmigen Gasblase innerhalb der anderen kugelförmigen Gaswolke zu bestimmen.

Dann brauch man dann keine in Abhängigkeit weitere Faktoren stark variierende Mess-Kurkurven als Orientuierungshilfe zur Bestimmung der Befüllung benutzen sondern kommt wesentlich leichter und genauer zu diesen Daten.

Ist nur ne idee aber hoffentlich keine schlechte