Bessere Hitzeschilde gegen gefährliche Phänomene
Raumflugkörper werden bei ihrem Wiedereintritt in die Erdatmosphäre durch die Reibung mit den Luftmolekülen stark aufgeheizt. Wärmeschutzsysteme (TPSs) schützen das Raumfahrzeug vor Überhitzung. Während der kritischsten Phase des Wiedereintritts lässt die hypersonische Luftströmung (mit mehr als dem Fünffachen der Schallgeschwindigkeit) an der Oberfläche des Raumflugkörpers eine Art laminare Grenzschicht entstehen. Innerhalb dieser Schicht findet der überwiegende Teil des Wärme-, Bewegungsenergie- und Massentransports statt. Bei einer sogenannten hypersonischen Transition verändert sich die Strömung der Grenzschicht von laminar zu turbulent, was zur Folge hat, dass das Wärmeschutzsystem an gleicher Stelle mehr als Dreifache an ankommendem Wärmestrom aufnehmen muss. Europäische und russische Wissenschaftler starteten das EU-finanzierte Projekt Transhyberian mit der Ziel der Untersuchung der hypersonischen Transition und der Entwicklung lokaler Wärmeregelungsmechanismen an der Grenzschicht, die bei zukünftigen Raumflügen einsetzbar sind. Dafür soll an fünf Versuchsstandorten in der EU und in Russland eine schlanke Kegelform untersucht werden. Die experimentellen Daten werden durch numerische Simulationen ergänzt. Während des ersten Jahres des Projekts wurde das Rauschen jeder Versuchseinrichtung charakterisiert, um mögliche Unterschiede bei den verschiedenen Messungen unter scheinbar vergleichbaren Bedingungen zu erklären. Sämtliche numerischen Codes zur Beschreibung des Einsetzens der Transition sind entwickelt worden. Folgende Verfahren gelangten zur Anwendung: direkte numerische Simulation (DNS), Stabilitätsalgorithmen, Algorithmen zur Approximation der Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen (RANS) und Korrelationsanalyse. Die Wissenschaftler entwickelten einen gemeinsamen Modellversuch unter Berücksichtigung der vorhandenen Unterschiede der einzelnen Versuchseinrichtungen. Schließlich sind die komplette Versuchsreihe und die numerischen Verfahren (numerische Strömungsmechanik (CFD)) genau beschrieben worden. Die Planungen lassen eine gewisse Flexibilität zu, um während des zweiten Jahres auf Änderungen infolge von Problemen oder Ergebnissen mit Anpassungen reagieren zu können. Es wird erwartet, dass Transhyberian die konstruktive Ausführung wiederverwendbarer Raumfahrzeuge durch einen Schutz gegen die während eines Wiedereintritts in die Atmosphäre bei der hypersonischen Transition entstehende Wärme verbessert. Darüber hinaus werden durch das Projekt die europäisch-russischen Beziehungen und die Kooperation in der Weltraumforschung gestärkt, wodurch eine Stärkung der Position der beiden Raumfahrtprogramme erzielt wird.
