Arbeitskreis Stannarius

Experiment JACKS auf der SubOrbital Express-4 Mission auf Esrange (Kiruna, Schweden)

Von kosmischen Nebeln über die Ringe des Saturns bis hin zu Staubstürmen auf der Erde - körnige Gase sind überall zu finden. Das JACKS-Experiment wird mit Hilfe von freischwebenden Hexapoden untersuchen, wie sie sich verhalten.

Unter dem Titel „Granulare Gase bestehend aus komplexen Teilchen“ soll das Verhalten granularer Gase untersucht werden, die komplexere Kornformen haben als die herkömmlich untersuchten Kugeln. Dieses Forschungsgebiet ist von immenser wissenschaftlicher und praktischer Bedeutung und könnte unser Verständnis der Physik, des Ingenieurwesens und sogar der Weltraumforschung voranbringen. In gewisser Weise handelt es sich um die späteren Stadien der Staubagglomerationen, die in Dust-II erforscht wurden.

In der Astronomie und Kosmologie wirft das Verständnis des Verhaltens granularer Systeme ein Licht auf die Entstehung und Dynamik von Himmelskörpern wie Asteroiden, Kometen, Planetesimalen und Planetenringen.

Aus der Art und Weise, wie sich diese Objekte entwickeln und miteinander interagieren, kann man viel lernen, z. B. über Energiedissipation sowie Energie- und Wärmeübertragungsmechanismen, was vielfältige Auswirkungen auf die Gestaltung effizienter Anwendungen auf der Erde und im Weltraum hat.

Das Projekt wird von der Technischen Hochschule Brandenburg  (THB) und der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (OvGU) in Deutschland durchgeführt und von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und dem DLR finanziert. Das System wurde an der OvGU entwickelt und von Airbus Defence and Space gebaut. Das Startfenster für die SubOrbital Express-4 Mission mit insgesamt sechs Experimenten an Board liegt zwischen dem 22.11. und 5.12.2024, siehe hier.

Experiment KORDYGA auf der 43. Parabelflugkampagne des DLR, September 2024, Bordeaux

Granulare Gase bestehen aus einer großen Anzahl fester, makroskopischer Teilchen, die durch mechanische Stöße miteinander wechselwirken, dabei Energie austauschen und ihre Bewegungszustände ändern. Sie können sich spontan zu kompakten Strukturen gruppieren, was beispielsweise bei der Entstehung von Himmelskörpern in der Kosmologie von grundlegender Bedeutung ist.

Auf der 43. Parabelflugkampagne des DLR haben wir erstmals eine neue Technik erprobt, mit der die Analyse der Bewegungsdaten der einzelnen Teilchen durch eingebettete Sensoren ermöglicht wird. Dies bietet insbesondere in dicht gepackten Ensembles erhebliche Vorteile gegenüber der optischen Aufzeichnung mit stereoskopischen Kameras beziehungsweise ergänzt diese Beobachtungstechnik wesentlich. Die Experimente waren in jeder Hinsicht erfolgreich und sie haben in großem Umfang Datenmaterial geliefert, das nun zur Auswertung bereitsteht. Neben erfahrenen Wissenschaftlern konnten auch zwei Studenten der TH Brandenburg an den Experimenten teilnehmen und ihre ersten Parabelflug-Erfahrungen sammeln.

Projekt Smartdust im Rahmen des ESA-Wettbewerbes DROP YOUR THESIS! -  November 2021

Fabian Guse, Paul Boße, Anton Murath, Micha Zenker

Das Projekt wurde 2021 von den Studenten im Rahmen der jährlichen ESA-Ausschreibung DROP YOUR THESIS!  erfolgreich eingeworben. In diesem Projekt soll die Dynamik eines Vielteilchensystems untersucht werden das aus kugelförmigen Objekten besteht, die durch vibrierende Wände eines Behälters zunächst angeregt werden und danach ihre Energie in dissipativen Stößen verlieren. Die Volumenkonzentration der Teilchen im Behälter ist dabei sehr gering (wenige Prozent), so dass die Kugeln untereinander nur durch gelegentliche Stoßprozesse miteinander wechselwirken. Die Besonderheit des experimentellen Aufbaus besteht darin, dass im Gegensatz zu früheren Projekten die Dynamik der Teilchen nicht durch optische Beobachtung mit externen Kameras erfolgen soll, sondern durch Auswertung der von den Partikeln selbst aufgezeichneten Bewegungsdaten. Das wird realisiert, indem einige der Kugeln innen mit einem Mikrochip ausgestattet sind, der Beschleunigungen und Rotationen protokolliert.

Die Experimente werden im Fallturm des ZARM in Bremen realisiert, wo sich das System für etwa 9 Sekunden im Zustand der Schwerelosigkeit befinden wird. Inmehreren Abwürfen können Anregungsstärke und Teilchenzahldichte modifiziert werden.

The VipGran experiment

 Im VIPGRAN-Experiment des Projektes SPACE GRAINS, in dem verschiedene Gruppen aus mehreren Ländern zusammenarbeiten, werden stark angeregte lockere Vielteilchensysteme (granulare Gase) unter Schwerelosigkeitsbedingungen untersucht. Bisherige Untersuchungen fanden auf Parabelflügen in Bordeaux und Paderborn statt, wo den Experimentatoren Experimentierzeit in 30 Parabeln mit jeweils 22 Sekunden Schwerelosigkeit zur Verfügung stehen. Für 2023 ist ein Experiment auf der Internationalen Raumstation ISS geplant.  

 https://www.youtube.com/watch?v=fUOwTlGeElM