C. Bühler, K. Roder, B. Curzadd

Die Oberfläche unseres Mondes ist zum größten Teil mit einer lockeren Schicht feinkörnigem und hochabrasivem Regolith bedeckt. Bereits bei den Apollo-Missionen trat eine Vielzahl von Beeinträchtigungen bei Menschen und technischen Systemen auf, die auf das Vorhandensein von lunarem Regolith zurückzuführen war. Am Lehrstuhl für Raumfahrttechnik der Technischen Universität München werden unterschiedliche Verschleißerscheinungen, die durch lunaren Regolith hervorgerufen werden können, experimentell untersucht und quantifiziert. Die hierzu benötigten und verwendeten Teststände lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Beschleuniger-Teststände für Prallverschleiß und Teststände für abrasiven Verschleiß. Deren Aufbau und die experimentellen Fragestellungen, Zielsetzungen und erste Ergebnisse werden hier vorgestellt. Für die Einschlagversuche werden, je nach zu untersuchendem Geschwindigkeitsniveau, zwei unterschiedliche Teststände verwendet. Bei Einschlaggeschwindigkeiten bis zu 400 m/s wird zur Beschleunigung des Mondanalogmaterials ein elektromagnetischer Wirbelstrombeschleuniger angewandt, und für höhere Geschwindigkeiten bis zu 1500 m/s ein elektrothermischer Beschleuniger. Die Funktionsweise der beiden Beschleuniger wird erläutert und ihre Anwendung zur Untersuchung der Auswirkung von Prallverschleiß exemplarisch anhand von Makrolon®-Proben bei verschiedenen Einschlaggeschwindigkeiten gezeigt. Die Versuche mit dem Mondanalogmaterial JSC-1A machen deutlich, dass die Änderung der Transmission des beschossenen Materials stark davon abhängt, in wieweit Partikel des Mondsimulates an der Oberfläche der Proben und den entstandenen Schadstellen haften. Für die Versuche zur Untersuchung von Schäden durch abrasiven Verschleiß werden aktuell zwei weitere Teststände entwickelt. Beide Teststände befinden sich noch in der Erprobungs- beziehungsweise Fertigungsphase. Die Untersuchungen zum Verschleiß von Zahnrädern durch lunare Umgebungsbedingungen werden mit einer Weiterentwicklung eines bereits existierenden Zahnradteststandes für Polymer-Zahnräder durchgeführt. Hierbei wurden bereits erste Tests unter den späteren Einsatzbedingungen des Teststandes erfolgreich durchgeführt. Zur Charakterisierung der Schäden durch abrasiven Verschleiß für verschiedene technische Oberflächen wird ein Reibrad-Teststand entwickelt. Der Testaufbau ist dabei an das ASTM G65-04 Verfahren angelehnt.

The surface of our moon is largely covered with a loose layer of fine-grained and highly abrasive regolith. During the Apollo missions, numerous problems with humans and technical systems were observed, which could be attributed to the presence of lunar regolith. At the Chair of Astronautics at the Technical University of Munich, various wear phenomena that can be caused by lunar regolith are being experimentally investigated and quantified. The test rigs required and used for this purpose can be divided into two categories: accelerator test rigs for impact wear and test rigs for abrasive wear. Their design, the experimental questions, objectives, and initial results are presented here. For the impact tests, two different test rigs are used, depending on the velocity level being investigated. For impact velocities up to 400 m/s, an electromagnetic eddy current accelerator is used to accelerate the lunar analogue material, and for higher velocities up to 1500 m/s, an electrothermal accelerator is employed. The operating principle of the two accelerators is explained, and their application for investigating the effects of impact wear is demonstrated using Makrolon® samples at various impact velocities. The experiments with the lunar analogue material JSC-1A clearly show that the change in the transmission of the bombarded material strongly depends on the extent to which particles of the lunar simulation adhere to the surface of the samples and the resulting defects. Two further test rigs are currently being developed for investigating damage caused by abrasive wear. Both test rigs are still in the testing and manufacturing phases. Investigations into gear wear due to lunar environmental conditions are being carried out using a further development of an existing gear test rig for polymer gears. Initial tests under the eventual operating conditions of the test rig have already been successfully completed. A friction wheel test rig is being developed to characterize damage caused by abrasive wear on various technical surfaces. The test setup is based on the ASTM G65-04 method.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2016, Braunschweig

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2017

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 10 Seiten

urn:nbn:de:101:1-201702246287

Mond-Regolith, Verschleiß

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24.02.2017