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Wo die Luft dünner wird
Dass hier, auf den letzten Metern zum Gipfel sozusagen, "dünne Luft" herrschte, hat Martin Grabe nur beflügelt. In der Finalrunde des renommierten Studentenwettbewerbes der International Astronautical Federation, in dem Studenten ihre Arbeiten einem kritischen Expertengremium präsentieren, war der Dresdner Raumfahrttechnik-Absolvent schließlich erfolgreich. Nun bringt er vom International Astronautical Congress den ersten Preis für Graduierte mit nach Hause: für seine Diplomarbeit am Institut für Luft- und Raumfahrttechnik der TU Dresden wurde dem Studenten in Glasgow die goldene Pierre-Contensou-Medaille verliehen.
In seiner Diplomarbeit hat Martin Grabe Möglichkeiten untersucht, Gasströmungen mit stark unterschiedlichen Dichten numerisch zu simulieren. "Für verhältnismäßig dichte Gase, wie etwa Luft bei Umgebungsbedingungen, sind computergestützte Rechenverfahren weit verbreitet. Mit ihnen lassen sich zum Beispiel die Aerodynamik von Autos oder Flugzeugen untersuchen. In so genannten verdünnten Strömungen treten jedoch physikalische Phänomene auf, die mit den traditionellen Simulationsverfahren nicht reproduziert werden können", erklärt der Forscher. Um den Transport von Masse, Impuls und Energie hier richtig zu erfassen, ist es nötig, die einzelnen Moleküle des dünnen Gases genauer zu betrachten.
Trotz ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten sind entsprechende Computerprogramme, mit denen das Verhalten verdünnte Gase berechnet werden kann, bis heute kaum verbreitet. Martin Grabe nutzte eine Software, an deren Entwicklung Professor Stefanos Fasoulas, Direktor des Instituts für Luft- und Raumfahrttechnik und Inhaber der Professur für Raumfahrtsysteme und Raumfahrtnutzung, bereits vor fünfzehn Jahren maßgeblich beteiligt war. Mit der damaligen Computerleistung waren die komplexen Simulationen, bei denen die Bewegung von Millionen von Partikeln in einem virtuellen Strömungsfeld berechnet werden muss, jedoch kaum zu bewältigen.
Nun hat Grabe zwei grundsätzlich verschiedene Simulationsansätze verknüpft, um der Daten Herr zu werden: die "direkte Monte-Carlo-Simulation" und ein weiteres numerisches Rechenverfahren, den so genannten "TAU-Code" des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). So konnte er die Ausbreitung einer Düsenströmung vom dichten Kern bis zur hochverdünnten Expansion ins Vakuum studieren.
Verdünnungseffekte sind in vielen wissenschaftlich- technischen Anwendungen zu beobachten, etwa in Vakuum-Anlagen, in Mikro-Strömungsmaschinen und nicht zuletzt in der Raumfahrt. Kleine Düsen, wie sie Martin Grabe in seiner Arbeit untersuchte, werden häufig verwendet, um die Ausrichtung eines Raumfahrzeuges im Orbit zu kontrollieren. Weil die Satelliten mit ihren empfindlichen Messgeräten hochgenau positioniert werden müssen, ist es wichtig zu wissen, wie sich der Treibstrahl der Düse in diesen dünnen Gasschichten ausbreitet.
Informationen für Journalisten:
Martin Grabe, Tel. 0551-709 2476
E-Mail: martin.grabe@dlr.de
Dresden, 03.11.2008
Criteria of this press release:
Physics / astronomy
transregional, national
Contests / awards
German
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