RAMSES
1. Projektziel
Im Rahmen des Projektes RAMSES wurde ein Programm-System entwickelt und
implementiert, das zur Berechnung der aerodynamischen Eigenschaften von
Satelliten beliebiger Geometrie im Orbit und während der frühen
Wiedereintrittsphase geeignet ist.
2. Motivation
Für das Design, den Betrieb und die Berechnung des Wiedereintritts von
Raumfahrzeugen ist eine genaue Kenntnis der aerodynamischen Eigenschaften
erforderlich.
- Beim Design großer Strukturen beeinflussen der aerodynamische Widerstand
und die aerodynamischen Momente die Auslegung von Antriebssystem und
Treibstoffvorrat zur Kompensation des Widerstands und zur Stabilisierung des
Satelliten.
- Während des Betriebs des Satelliten sind die aerodynamischen
Eigenschaften von besonderem Interesse für die Bahnberechnung, die
Missionsplanung und für die Lebensdauervorhersage.
- Der Wiedereintritt von Satelliten wird stark durch die aerodynamischen
Eigenschaften bestimmt. Eine vollständige Berechnung der Strömung um den
Satelliten erforderte die Lösung der strömungsmechanischen
Grundgleichungen (Boltzmann, Navier-Stokes) einschließlich chemischer
Reaktionen. Dies ist bislang nicht einmal für aerodynamisch geformte Körper
möglich. Die aerodynamischen Eigenschaften, die zur Berechnung der
Wiedereintrittsbahn nötig sind, lassen sich jedoch mit guter Genauigkeit
durch semi-empirische Näherungsverfahren gewinnen. Solche Verfahren kommen
in RAMSES zur Anwendung.
3. Programmstruktur
Die RAMSES-Software besteht aus mehreren Subsystemen:
- Interaktive Konstruktion der Satellitengeometrie
- Modellierung der Gas-Oberflächen-Wechselwirkung
- Berechnung der aerodynamischen Beiwerte
- Grafische Auswertung und Ableitung von Ausgleichsfunktionen
Die Satellitengeometrie wird aus elementaren geometrischen Körpern aufgebaut.
Es lassen sich so äußerst komplexe Geometrien erzeugen (und berechnen). Für
die aerodynamischen Berechnungen werden die Körperoberflächen in dreieckige 'panels'
unterteilt. Die Oberflächeneigenschaften können für jedes Element separat gewählt
werden. Die Berechnung der aerodynamischen Beiwerte erfolgt mit freimolekularen
Verfahren (Integralmethode oder Monte Carlo) oder durch lokale Wichtung der
Grenzfälle freimolekularer und Kontinuumströmung. Die berechneten Datenfelder
können durch ein-, zwei- oder dreidimensionale Ausgleichsfunktionen
approximiert werden.
Das Programmsystem läuft unter UNIX/LINUX.