Electric Propulsion-Testanlage in Göttingen. Messungen am RIT

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1 Electric Propulsion-Testanlage in Göttingen Messungen am RIT Andreas Neumann DLR Göttingen Mühlleithen, März 2013 Folie 1

2 Inhalt Einleitung DLR, Raumfahrtantriebe und elektrische Triebwerke Die neue Anlage STG-ET Das RIT und ein paar Messungen Zusammenfassung Folie 2

3 Das DLR Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in Luftfahrt, Raumfahrt, Energie, Verkehr und Sicherheit 7400 Mitarbeiter 32 Institute, Test- sowie Betriebseinrichtungen an 16 Standorten: Köln (Sitz des Vorstands), Augsburg, Berlin, Bonn, Braunschweig, Bremen, Göttingen, Hamburg, Jülich, Lampoldshausen, Neustrelitz, Oberpfaffenhofen, Stade, Stuttgart, Trauen und Weilheim Büros in Brüssel, Paris, Tokio und Washington D.C. Etat ca. 800 Mio Euro, davon 55 Prozent Drittmittel DLR verwaltet Raumfahrtbudget Folie 3

4 Was war 1993? DLR Sonnenofen Heliostat Concentrator Shutter Folie 4

5 DLR Solar Furnace Folie 5

6 Space Experiments in the DLR Solar Furnace Folie 6

7 Space Propulsion Testing at DLR STG-CT Simulationsanlage Treibstrahlen Göttingen Chemische Triebwerken Since decades DLR investigates plume flow and plume impingement of chemical and cold gas thrusters Expertise and tools for modeling of rarefied gas flow High Vacuum Plume Test Facility STG: chamber of 7.5m length and 3.3m diameter STG has a liquid helium-driven cryopump of 30m² at 4.3K Folie 7

8 Space Propulsion at DLR A few years ago: DLR decision to implement investigation of plume flow and plume impingement experiments for electric propulsion Expertise in chemical and cold gas propulsion testing Operation of large scale facilities Modelling of gas flow for chemical propulsion Build DLR EP test facility Folie 8

9 STG-ET: New EP Facility Specifications Plume and plume impingement for EP T s with up to 25kW EP T lifetime tests, operation with different gases Suitable measurement equipment for ion beam profile measurements also in the backflow; thrust and thrust vector measurement Distance thruster-chamber walls as large as possible: minimize sputtered materials density and electric interaction with chamber walls Continuous pumping speed of 200,000 l/s to allow background pressures <10-5 mbar for thrusters with mass flow up to 100 sccm Xe LHe boost pump with up to 400,000 l/s, non-intermittent operation for about 24 hours per week to provide transient best vacuum conditions Operation customer oriented, stable/reference conditions Folie 9

10 STG-ET Building STG-ET close to existing STG facility with LN2 and LHe supply Folie 10

11 STG-ET Design Dr. Hans-Peter Harmann Technologieberatung, jetzt AST Folie 11

12 Target Nasa NSTAR Folie 12

13 Targets Folie 13

14 Pumping Systems Displacement pumps Turbomolecular pumps Cryo pumps Folie 14

15 Vacuum Chamber Assembly Folie 15

16 Specifications of STG-ET Facility General Horizontal axis chamber with single door design 169 mounting ports Engine stand with probe holder decoupled from vacuum chamber Data Length of vacuum chamber 12.2 m Diameter of vacuum chamber 5 m Mass of empty vacuum chamber 25 tons Volume 232 m³ No-load Pressure mbar (only with turbo pumps) Evacuation time 2-3 hours (empty chamber) Engine EP Engine Power Range 25kW input power, limited by target cooling Folie 16

17 Schubkraft 750-kg Dawn spacecraft v = 10-5 m/s Folie 17

18 DLR RIT-10 Triebwerk Folie 18

19 Messtechnik: Schubwaage Messbereich: mn Auflösung: min. 0,25 mn Max. Belastung (vertikal): 25 kg Folie 19

20 Messtechnik: Beam Design and development phase Faraday cups RPA Folie 20

21 Messungen: RIT in Betrieb Folie 21

22 Folie 22

23 Folie 23

24 Zusammenfassung Anlage zum Testen elektrischer Raumfahrtantriebe in Göttingen Status: noch im Aufbau Test-Triebwerk Erste Messtechniken Linien-Beam Scan PS: Zur Zeit suchen wir Wissenschaftler und Doktoranden Folie 24

25 Visionen: Solar Power Satellite Solarzellen auf Raumfahrzeugen erzeugen Strom Übertragung zur Erde mit z.b. Mikrowellen Viel Leistung verfügbar für elektrische Antriebe Folie 25

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Folie 26