RUBI, eine „Dampfmaschine“ für die Internationale Raumstation

(Di Airbus)
02/07/19

Die nächste Nachschubmission (CRS-18), die von Cape Canaveral, Florida, aus startet, wird eine spezielle „Dampfmaschine“ zur Internationalen Raumstation (ISS) schicken. RUBI (Reference mUltiscale Boiling Investigation), ein von Airbus für die Europäische Weltraumorganisation (ESA) entwickeltes und gebautes Strömungsmechanikexperiment, untersucht die Grundprinzipien des Flüssigkeitssiedens. ESA-Astronaut Luca Parmitano wird RUBI während der fünf Monate seiner „Beyond“-Mission (Juli bis Dezember 2019) im Columbus-Modul der ISS installieren. Das Experiment wird dann vom B-USOC (Belgian User Support and Operation Centre) in Brüssel durchgeführt und überwacht.

RUBI wird Phasenübergangsphänomene und Wärmeübertragung während der Flüssigkeitsverdampfung auf mikroskopischer und makroskopischer Ebene untersuchen. Das Kernelement von RUBI ist eine mit einer Flüssigkeit gefüllte Zelle, die thermoelektrisch erhitzt und gekühlt werden kann. Anschließend wird der Siedevorgang mithilfe eines Lasers auf einer metallbeschichteten Glasheizung aktiviert. Hochauflösende Kameras erfassen die Entstehung und Entwicklung von Dampfblasen sowohl im sichtbaren als auch im infraroten Spektrum. Mit bis zu 500 Bildern pro Sekunde sind RUBI-Kameras in der Lage, eine dreidimensionale Darstellung der Form der Blasen zu erstellen und die Wärmeverteilung auf der Heizung zu analysieren, sodass Wissenschaftler die Verdampfungsbedingungen und Wärmeflussdichten präzise bestimmen können. Durch den Einsatz einer Hochspannungselektrode (bis 15.000 Volt) und einer einstellbaren Konvektionsschaltung kann der Siedevorgang gezielt beeinflusst werden.

Auf der Erde bilden sich aufgrund der Schwerkraft nur kleine Bläschen, 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 in der Schwerelosigkeit durchgeführt werden und Referenztests auf der Erde entsprechen. Zukünftig könnten solche Tests zur Herstellung von Haushaltsgeräten (z. B. Herden und Heizkörpern) und Wärmetauschern beitragen und so effizientere und umweltfreundlichere industrielle Produktionsprozesse schaffen.

Eine der größten Herausforderungen für das von Airbus geführte Industrieteam bestand darin, RUBI auf die Größe eines „Schuhkartons“ (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 die Größe eines Schranks (2 x 1 x 1 m) und ein Gewicht von rund 300 kg.