Vorrichtung zur Erzeugung eines variablen Drehimpulses durch magnetisch bewegtes Fluid für die Lageregelung von Raumfahrzeugen
Kurzfassung
Mechanikfreie Lageregelung: Ein magnetisierbares Fluid wird mittels dynamischer Magnetfelder auf geschlossenen Bahnen bewegt, speichert Drehimpuls und überträgt gezielt Drehmoment auf das Raumfahrzeug.
Vorteile
- Mechanikfrei; geringer Verschleiß, hohe erwartete Lebensdauer und Zuverlässigkeit.
- Kein externer Magnetfeldbezug, keine Treibstofflogistik; prinzipiell unbegrenzte Betriebsdauer.
- Einfache, kostengünstigere Fertigung ohne hochpräzise rotierende Bauteile.
- Potenzial für geringe Vibrationen und niedrige Geräuschentwicklung gegenüber mechanischen Systemen.
Anwendungsbereiche
- Raumfahrt: Lageregelung, Drehimpulsspeicher, Entsättigung von Reaktionsrädern, Feinpositionierung.
- Bordsubsysteme: Strömungs- und Stofftransport ohne Mechanik (Ventile, Pumpen, Mass‑Flow‑Control) als Technologieplattform; übertragbar aus PAPELL‑Demonstrationen.
- Langfristig: Lab‑on‑Chip/Fördertechnik im All, schonender Transport multipler Medien in gemeinsamen Leitungen.
Hintergrund
- Lageregelungssysteme in der Raumfahrt benötigen zuverlässige Aktuatoren zur Drehimpulsbereitstellung und ‑modulation.
- Konventionelle Lösungen (Reaktions-/Drallräder, magnetische Torquer, Triebwerksimpulse) haben Nachteile wie Verschleiß, Abhängigkeit von externen Magnetfeldern oder Treibstoffverbrauch.
Problemstellung
Bedarf nach verschleißarmen, kosteneffizienten und universell einsetzbaren Lageregelungsaktoren, die ohne hochpräzise Mechanik, ohne externes Magnetfeld und ohne Treibstoff funktionieren.
Lösung
- Ein Behälter mit magnetisierbarem Fluid (z. B. Ferrofluid) und einem ansteuerbaren Feldgenerator erzeugt lokal wandernde Zonen hoher Magnetfeldstärke, die das Fluid auf geschlossenen Bahnen führen.
- Durch Geschwindigkeitsänderung des Fluidflusses wird gespeicherter Drehimpuls variiert und gezielt Drehmoment auf die Trägerstruktur (Raumfahrzeug) übertragen.
Abbildung: Feerowheel-Liquid In and Outrunner [IRS, Uni Stuttgart]