Rarefied Gas Flows and Dynamic Plasma Phenomena in Electric Propulsion Systems

Zu den aktuellen Entwicklungen in der Raumfahrtindustrie zhlen das stetig wachsende Interesse an miniaturisierten Satelliten sowie der immer hufigere Einsatz elektrischer Antriebssysteme zu allgemeinen Lage- und Bahnregelungszwecken. Die Entwicklung miniaturisierter Satelliten erfordert ihrerseits den Einsatz von Antriebssystemen, die sehr kleine und przise zu steuernde Schubkrfte erzeugen. Vor diesem Hintergrund stellen elektrische Triebwerke eine attraktive Option dar, die Antriebsanforderungen von Satelliten sowohl in herkmmlichen als auch in miniaturisierten Gren langfristig zu erfllen. Bei miniaturisierten Satelliten sind die Schubanforderungen oft mit niedrigen Treibstoff-Massenstromwerten und verhltnismig kleinen geometrischen charakteristischen Lngen verbunden. Dies kann zu verdnnten Gaszustnden innerhalb der Triebwerksdsen fhren. Wegen der hohen Komplexitt der Plasmaphnomene innerhalb elektrischer Triebwerke sowie der typischerweise hohen Rechenanforderungen, die mit der Plasmamodellierung einhergehen, werden elektrische Antriebssysteme oft auf Basis empirischer Modelle und experimenteller Daten entwickelt. Der Fokus der vorliegenden Arbeit liegt auf den oben beschriebenen Herausforderungen und den dazugehrigen Forschungsfeldern: der Untersuchung verdnnter Gaszustnde in transsonischen Strmungen sowie der Entwicklung numerischer Modellierungsanstze zur Beschreibung des Plasmaverhaltens innerhalb elektrischer Antriebssysteme.

New trends regarding fundamental design approaches of orbital spacecraft have been developing in the space industry in recent years. They include an increased interest in miniaturized satellites as well as a general rise in the use of electric propulsion systems for orbit and attitude control. The successful implementation of miniaturized satellites requires the use of propulsion devices able to provide small and precise thrust and impulse levels. One technical solution able to meet the requirements of both standa