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