Enklare att mäta bränsle i rymdfarkoster

Ett experiment utvecklat vid Luleå tekniska universitet ska testas på en parabolflygning inom ramen för det prestigefyllda ESA-programmet Fly Your Thesis! Experimentet är en förbättrad metod för att mäta hur mycket bränsle som finns kvar under en rymdfarkosts hela livslängd – ett idag svårlöst problem inom rymdfarten.

Uppdragen för dagens rymdfarkoster blir allt längre vilket ställer nya krav på rymdfarkosternas livslängd och deras förbrukning av bränsle. Ekvationen är enkel; ju längre tid en rymdfarkost kan operera i rymden desto mer lönsam blir den. Och om mängden bränsle är felberäknad minskar uppdragstiden i rymden. Problemet blir alltmer kritiskt i slutet av en rymdfarkosts operativa livstid – då är det som svårast att mäta hur mycket drivmedel som finns kvar och således hur mycket tid som återstår av farkostens livslängd.

Bättre mätmetod

Det är detta specifika problem som experimentet PVT GAMERS (Pressure-Volume-Temperature Gauging Method for Electric Propulsion Systems) adresserar. Experimentet valdes ut i hård konkurrens med lag från hela Europa.

– Att det saknas en pålitlig mätmetod är ett växande problem i rymden, säger Álvaro Tomás Soria Salinas, doktorand i atmosfärsvetenskap lagledare för PVT GAMERS.

– Vår mätmetod är ungefär åtta gånger bättre än den motsvarande klassiska metoden och ger mer exakta beräkningar. Under parabolflygningen testas metoden i en miljö som påminner om förhållandena i en omloppsbana i rymden. Om vi ​​uppnår samma resultat som vi tidigare fått i labbet, skulle vi öka metodens så kallade Technology Readiness Level och den skulle direkt kunna användas i rymden utan att det behövs utvecklas ny maskinvara.

PVT GAMERS metod bygger på Redlich-Kwongs ekvation för gaser. Metoden har redan validerats i laboratorium med hjälp av en specialbyggd kammare fylld med koldioxid. Under parabolflygningen ska den testas med xenon, en gas som ofta används som drivmedel i rymdfarkoster.

Varför är det viktigt att prova metoden under en parabolflygning?  

– Under flygningen gör vi tester i både mikrogravitation och hypergravitation samtidigt som vi faktiskt kan interagera med experimentet. På till exempel en höghöjdsballong är det inte möjligt med så pass långa gravitiationscykler som vi får med parabolflygningen. Eftersom kampanjen består av tre flygningar och planet kommer att utföra 30 paraboler under varje flygning, kan vi repetera experimentet många gånger och få statistiskt giltiga resultat, säger Álvaro Soria-Salinas.

Förutom Álvaro Tomás Soria Salinas ingår även Erik Nyberg, doktorand i maskinelement, Riccardo Lucchese, doktorand i reglerteknik och Tobias Hultqvist, doktorand i maskinelement i PVT GAMERS. Handledare är Maria-Paz Zorzano, professor i atmosfärsvetenskap och det här är första gången som ett lag från ett svenskt universitet deltar i Fly Your Thesis!-programmet. Lagets projekt finansieras också av Luleå tekniska universitet och Rymdstyrelsen och sponsras av Arduino.