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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Raumfahrtsysteme
Abteilung: Raumtransporttechnologie

Diagnostik

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Laserinduzierte Fluoreszenzmessungen (LIF) bieten die Möglichkeit, Spurenstoffe, die zum Teil flüchtig sind, nachzuweisen. Ein energiereicher Laserstrahl wird benutzt, um bei geeigneter Wahl der Wellenlänge Atome oder Moleküle in einen höheren Energiezustand anzuregen. Die anschließende Emission, d.h. das beim Übergang vom Anregungszustand in einen tieferen Energiezustand emittierte Licht, bezeichnet man als Fluoreszenz.

NO Energielevels
Bild 1: Energieniveaus und LIF-Schema für Stickstoffmonoxid (NO)

Am Institut für Raumfahrtsysteme steht ein Lasersystem der Firma Lambda Physik (Göttingen) zur experimentellen Untersuchung von Plasmaströmungen und Hitzeschutzmaterialien zur Verfügung. Das Lasersystem setzt sich zusammen aus einem Excimerlaser COMPex 201, der als Pumpquelle für einen Farbstofflaser SCANmate 2E dient. Um die für eine elektronische Anregung meist notwendige ultraviolette Strahlung zu erzeugen, ist dem Farbstofflaser eine Frequenzverdopplungseinheit nachgeschaltet. Mit diesem Aufbau ist es möglich, durch
geeignete Wahl des Farbstoffes, jede erforderliche Wellenlänge zu erreichen.

Die Versuche werden sowohl an Kaltgastestständen als auch an den IRS-Plasmawindkanälen durchgeführt. Dabei werden derzeit zwei Ziele verfolgt:

  • Charakterisierung der Plasmaströmungen für Wiedereintrittssimulationen und Untersuchung der Grenzschicht vor Sondenkörpern.
  • Bestimmung der Teilchendichten in Xenon-Ionentriebwerken zur Optimierung der elektrischen Antriebe.


Am IRS wird dabei versucht, folgende Messgrößen zu ermitteln:

  • Bestimmung von absoluten Teilchenkonzentrationen von NO, N, O, CO, Xe.

  • Bestimmung von Rotations- und Translationtemperaturen.

  • Bestimmung von Teilchengeschwindigkeiten.

  • Bestimmung der relativen Teilchenkonzentrationen von Siliziummonoxid SiO im Erosionsprozess von Hitzeschutzmaterialien.

Aufbau PWK1PWK1

Bild 2: Schematisch dargestellter Aufbau für Messungen am PWK1

Bei Fragen oder Anregungen wenden Sie sich bitte an Stefan Löhle

 

 

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Laser induced fluorescence in the plasma wind tunnels of IRS

A big part of our knowledge of the structure of atoms or molecules is being provided by laserdiagnostic measurement methods. Laser-based techniques offer the capability for nonintrusive, spatially and temporally resolved measurements of a host of important erosion parameters. The interaction between electromagnetic radiation and particles leads to absorption or emission spectras, from which one can extract informations about the behaviour of species under investigation. It is of basic interest for further developments, that chemical processes of thermal protection materials are well examined and understood. The method of laser induced fluorescence can make a contribution to this objective. It offers the possibility to investigate species under interest in a selective way, just by choosing the appropriate wavelength. Fluorescence is the emission of light from an atom or molecule following promotion to an excited state by photon absorption.

At the Institute for Space Systems, in cooperation with the Institute for Thermodynamics, is a laser system available to experimentally examine plasma beams and thermal protection materials as well as supersonic flows. This work is funded by the Deutsche Forschungsgesellschaft in a special research program (SFB 259). The laser system consists of an excimer laser Lambda Physik COMPex201, a dye laser Lambda Physik SCANmate 2E and a second harmonic generator to doubble the frequency. It is possible to obtain wavelengths from around 200 nanometers up to 1050 nanometers by choosing the desired dye.

Objectives of the project „LIF in the plasma wind tunnels of IRS"

  • Determination of density distributions.
  • Determination of rotational and translational temperatures.
  • Determination of particle velocity.

With species under investigation:

  • nitrogen oxid NO
  • silicon oxide SiO
  • atomic nitrogen N
  • atomic oxygen O

For further informations please contact feigl@irs.uni-stuttgart.de

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