Exploration of Low-Velocity collisions In Saturn’s Rings
Motivation
Das Ziel dieses Projektes war es, mehr über die Kollisionseigenschaften der Partikel in den Saturnringen zu lernen. Dazu wurde ein Analogexperiment entwickelt, das Glaskugeln in Schwerelosigkeit zu Kollisionen bringt. Die Kollisionen wurden von 3D-Kameras beobachtet. In der Datenauswertung wurde die Clusterbildung der Kugeln untersucht. Mit den gewonnenen Daten können Simulationen der Teilchen in den Saturnringen verifiziert werden. Bei ELVIS (Exploration of Low-Velocity collisions In Saturn Rings) arbeitet die ERIG zusammen mit Studierenden des Instituts für Geophysik und extraterrestrische Physik (IGeP).
Das REXUS/BEXUS Programm
Das REXUS/BEXUS-Programm ermöglicht es Studierenden von Universitäten und Hochschulen in ganz Europa, wissenschaftliche und technologische Experimente mit Forschungsraketen und Luftballons durchzuführen. Jedes Jahr werden zwei Raketen und zwei Ballone gestartet, die insgesamt bis zu 20 Experimente enthalten, die von Studententeams entworfen und gebaut wurden. REXUS-Experimente werden an einer ungelenkten, drallstabilisierten Rakete gestartet, die von einem improved Orion-Motor mit 290 kg Festtreibstoff angetrieben wird. Das Vehikel hat eine Länge von ca. 5,6 m und einen Körperdurchmesser von 35,6 cm. Die Experimente werden auf eine Höhe von ca. 90 km befördert und anschließend mit einem Fallschirm geborgen. REXUS/BEXUS Programm
Das Experiment
Das ELVIS Experiment besteht aus drei Subsystemen. Das erste Subsystem ist die Mechanik. Etwa 50 beschichtete Glasmurmeln befinden sich in einer Glasbox. Die Box wird von einem Motor mit rotierender Unwucht in Schwingung versetzt. Die Box ist mit Federn aufgehängt und wird während des Starts und der Landung von Klemmen festgehalten. ELVIS hat eine Gesamthöhe von 220 mm und Gesamtmasse von circa 5 kg. Das zweite Subsystem ist die Optik. Drei Kameras filmen das Experiment aus leicht unterschiedlichen Winkeln, um nachträglich ein dreidimensionales Bild zu ermöglichen. Die optische Weglänge wird durch zwei Spiegel erhöht. Die dritte Baugruppe ist die Elektronik. Die Rohdaten der Kamera werden lokal auf einem Solid State Drive von einem kleinen Computer gespeichert. Ein Mikrocontroller treibt den Motor an und kommuniziert mit der Rakete.
Der Flug
Im März 2019 fand die Startkampagne in Esrange (Lappland, Schweden) statt. Zwei Wochen lang wurden ELVIS und die anderen Experimente von REXUS 26 auf den Raketenflug vorbereitet. Am Vormittag des 11. März 2019 wurde REXUS 26 nach mehreren wetterbedingten Verzögerungen gestartet. Die Rakete hat eine Parabel mit einer maximalen Höhe von knapp 80 km zurückgelegt. Dabei wurde den Experimenten etwa zweieinhalb Minuten Schwerelosigkeit geboten. Während dieser Zeit hat das ELVIS Experiment die Glaskugeln angeregt und deren Stoßverhalten gefilmt. In dem folgenden Video ist ein Ausschnitt aus den gewonnenen Rohdaten zu sehen. Die hellen Punkte im Hintergrund sind die LED-Matrix, welche die Kugel von hinten beleuchten. In dem Glasbehälter befinden sich sowohl unbeschichtete als auch beschichtete Glaskugeln. Einige der beschichteten Glaskugeln sind durch die extremen Kräfte beim Start der Rakete in der Kante oben rechts kleben geblieben. Die restlichen Kugeln schweben durch den Behälter und stoßen wieder und wieder zusammen. Diese Kollisionen liefern wertvolle Informationen über die Energieverhältnisse im System.
