RUBI, eine "Dampfmaschine" für die Internationale Raumstation

(Di Airbus)
02 / 07 / 19

Die nächste Betankungsmission (CRS-18), die von Cape Canaveral, Florida, aus gestartet wird, wird eine spezielle "Dampfmaschine" zur Internationalen Raumstation (International Space Station - ISS) schicken. RUBI (Reference mUltiscale Boiling Investigation), ein fluidmechanisches Experiment, das von Airbus für die Europäische Weltraumorganisation (ESA) entwickelt und durchgeführt wurde, untersucht die grundlegenden Prinzipien des Siedens von Flüssigkeiten. Der ESA-Astronaut Luca Parmitano wird RUBI in den fünf Monaten seiner Mission "Beyond" (von Juli bis Dezember 2019) im ISS Columbus-Modul installieren. Das Experiment wird dann vom B-USOC (Belgisches Zentrum für Benutzerunterstützung und Betrieb) in Brüssel durchgeführt und überwacht.

Das RUBI wird Phasenübergangsphänomene und Wärmeübertragung während der Flüssigkeitsverdampfung im mikroskopischen und makroskopischen Maßstab untersuchen. Das Schlüsselelement von RUBI ist eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Zelle, die thermoelektrisch beheizt und gekühlt werden kann. Der Siedevorgang wird dann mit einem Laser auf einer metallbeschichteten Glasheizung aktiviert. Hochauflösende Kameras erfassen die Bildung und Entwicklung von Dampfblasen sowohl im sichtbaren als auch im infraroten Spektrum. Durch die Aufnahme von bis zu 500-Bildern pro Sekunde können RUBI-Kameras die Form der Blasen dreidimensional darstellen und die Wärmeverteilung auf dem Heizgerät analysieren. Auf diese Weise können Wissenschaftler die Verdampfungsbedingungen und die Wärmestromdichten genau bestimmen . Mit einer Hochspannungselektrode (bis 15.000 Volt) und einem einstellbaren Konvektionskreis kann der Siedevorgang gezielt beeinflusst werden.

Auf der Erde bilden sich aufgrund der Schwerkraft nur kleine Blasen, die sich schnell von der erhitzten Oberfläche lösen und andere physikalische Effekte überdecken. Die Wissenschaftler wollen ihre numerischen Modelle des Siedevorgangs durch eine Reihe von Tests optimieren, die ohne Schwerkraft durchgeführt werden und den Referenztests auf der Erde entsprechen. In Zukunft könnten diese Tests zur Herstellung von Haushaltsgeräten (wie Öfen und Heizkörpern) und Wärmetauschern beitragen und effizientere und umweltfreundlichere industrielle Produktionsprozesse schaffen.

Eine der größten Herausforderungen für das von Airbus geleitete Industrieteam bestand darin, RUBI auf die Größe einer "Schuhschachtel" (40 x 28 x 27 cm) mit einem Gewicht von nur 34 kg zu reduzieren, damit es im Weltraum eingesetzt werden kann. Im Vergleich dazu hätte ein auf der Erde installiertes Labor eine ähnliche Größe wie ein Schrank (2 x 1 x 1 m) bei einem Gewicht von ungefähr 300 kg.