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Untersuchungen zur experimentellen Simulation des Eintritts von Raumflugkörpern in die Marsatmosphäre
(2008) Endlich, Pia; Auweter-Kurtz, Monika (Prof. Dr.-Ing. habil.)
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der Plasma-Wand-Wechselwirkung von drucklos gesintertem Siliziumkarbid als Hitzeschutzmaterial für Eintrittsmanöver von Raumflugkörpern in die Atmosphäre des Mars. Als Basis dazu werden geeignete Plasmabedingungen, die mittels des induktiv beheizten Plasmagenerators IPG4 am Plasmawindkanal PWK3 des IRS erzeugt werden, charakterisiert. Als Arbeitsgas für das Plasma wird ein der Marsatmosphäre ähnliches Gasgemisch aus 97 % CO2 und 3 % N2 verwendet. Die Bestimmung der Eigenschaften des Plasmastrahls wird hinsichtlich Wärmestromdichte, Pitotdruck, Plasmageschwindigkeit und Plasmazusammensetzung messtechnisch durchgeführt. Analytische Modelle, die auf einer vorangegangenen theoretischen Beschreibung des axialsymmetrischen Plasmafreistrahles mit einer unterexpandierten Düsenströmung basieren, ermöglichen es, die Länge der Strahlanfangszone und der ersten Strahlzellen zu bestimmen. In Kombination mit den experimentellen Ergebnissen wird weiterhin die qualitative Verteilung der spezifischen Enthalpie im Plasmaquerschnitt ermittelt. Das Einblasen von Eisenoxidpartikeln in den Plasmastrahl, wie sie durch Staubstürme in der Marsatmosphäre in höheren Atmosphärenschichten vorkommen können, zeigt eine deutliche Erhöhung der Wärmestromdichte auf einen Probenkörper im Plasmastrahl. Tests mit SSiC--Hitzeschutzmaterialproben deuten unter Einsatz der Untersuchungsmethoden Photoelektronenspektrometrie und REM-Aufnahmen auf eine aktive Oxidation der Hitzeschutzmaterialprobe aus drucklos gesintertem Siliziumkarbid im Plasma bei hohen Wärmestromdichten hin.