Rijksuniversiteit Groningen

04 dec 2001

Promotie

Klotsende brandstof laat satelliet tuimelen

Klotsende vloeistof in een brandstoftank. Op de aarde leidt dit verschijnsel niet vaak tot grote problemen, maar bij een satelliet in de ruimte kan dat wel het geval zijn. Het ontbreken van de zwaartekracht zorgt ervoor dat het gedrag van een vloeistof in de ruimte moeilijk te voorspellen is. Er zijn zelfs al satellieten door dit fenomeen verloren gegaan. Het klotsen ontstaat na het afvuren van stuurraketjes, iets dat af en toe nodig is voor een koerscorrectie. De NEAR satelliet (Near Earth Asteroid Rendezvous) ging in 1998, op weg naar de asteroïde Eros, door klotsende brandstof na een koerscorrectie zodanig tuimelen dat de hele missie een jaar vertraging opliep.

Bouw en lancering van zelfs een kleine satelliet kost al snel tientallen miljoenen euro. Men doet er dus alles aan om rampen te vermijden. Anticiperen op het probleem van klotsende vloeistof is echter niet altijd even gemakkelijk. Het gedrag van vloeistoffen wordt in een gewichtsloze omgeving vooral bepaald door capillaire krachten. Capillaire krachten zorgen er op aarde onder andere voor dat water in een glas schuin tegen de glaswand omhoog staat. Hoe ze precies uitwerken is niet eenvoudig te berekenen. Het uiteindelijke effect is afhankelijk van vloeistofeigenschappen, het type wand waarmee de vloeistof in contact staat en de hoek waaronder dat plaatsvindt. Een tweede punt is de dynamische interactie tussen de bewegingen van de satelliet en de vloeistof, die elkaar beurtelings beïnvloeden. Op aarde zijn ook voorbeelden van dynamische interactie te vinden. De remweg van tankwagens gevuld met vloeistof wordt er door beïnvloed. Ook aan boord van olietankers speelt het probleem, maar daar wordt juist dankbaar gebruik gemaakt van de effecten van dynamische interactie. In antislingertanks, mits goed ontworpen, zorgt klotsende vloeistof voor een stabiliserende werking.

Jeroen Gerrits stelde voor het probleem van de combinatie van dynamische interactie en de capillaire krachten een aantal wiskundige modellen op en ontwikkelde aan de hand daarvan een computerprogramma waarmee de effecten te simuleren zijn. Dit simulatieprogramma, genaamd ComFlo, stelt satellietontwerpers in staat om te experimenteren met hun ideeën. Bij het testen van de correctheid van het wiskundige model maakte Gerrits gebruik van gegevens van een experimenteersatelliet, de Wet Satellite Model, die in 1992 werd gelanceerd. ComFlo werd gebruikt tijdens het opstellen van het experimenteerscenario voor de SloshSat satelliet die over enkele jaren de ruimte in wordt gestuurd. /JS

Jeroen Gerrits (Veendam, 1972) studeerde wiskunde en technische mechanica in Groningen. Het onderzoek werd verricht bij het Instituut voor Wiskunde en Informatica van de RUG. Na het promotieonderzoek is Gerrits gaan werken bij het Instituut voor Marien en Atmosferisch onderzoek Utrecht aan de Universiteit Utrecht.

Datum en tijd

vrijdag 21 december 2001, 14.15 uur

Promovendus

J. Gerrits, tel. (030)253 59 63, e-mail: j.gerrits@phys.uu.nl (werk)

Proefschrift

Dynamics of liquid-filled spacecraft

Promotor

prof.dr. A.E.P. Veldman

Faculteit

wiskunde en natuurwetenschappen

Plaats

Aula Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen