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Regolithdynamik

Zurück zur AG

In unserer AG beschäftigen sich viele kleine als auch größere Projekte mit der Dynamik von Regolith, sowohl experimentell als auch mit Hilfe von Simulationen oder Messdaten von Raumfahrtmissionen zu kleinen Körpern. Hier ein Einblick in die verschiedenen Arbeiten:

Team
Ingo von Borstel
Lennart Klar
Katharina Lammers
Natalie Müller
Melvin Rudolf
Prof. Dr. Jürgen Blum

Die Aswan-Klippe (rot markiert) vor (links) und nach (rechts) ihrem Kollaps. Bilder wurden bearbeitet.
Die Aswan-Klippe (rot markiert) vor (links) und nach (rechts) ihrem Kollaps. Bilder wurden bearbeitet.

Die Rosettamission hat bei ihrer Aufnahme von Bildern der Oberfläche des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko ein in der Natur stattfindendes "Experiment" beobachtet. Hierbei wurden Bilder des Kollapses der sogenannten "Aswan"-Klippe aufgenommen: Eins im September 2014 als bereits Risse zu sehen waren, und eins im Juni 2016 nachdem sie in das unter ihr liegende Tal gestürzt ist.
In einer Masterarbeit werden die Bilder verglichen und analysiert, um den Ablauf des Absturzes zu rekonstruieren. Das Ziel ist, Rückschlüsse auf Materialeigenschaften wie die Zugfestigkeit der Klippe sowie des Kometen und somit seine Entstehungsgeschichte ziehen zu können. 
 


Des weiteren befasst sich eine Bachelorarbeit mit dem Schüttverhalten granularer, eisiger Materie. Bilder vom Mars-Rover und -Orbiter zeigen regelmäßig lawinenähnliche Strukturen und aufgrund der heller gefärbten frischen Oberfläche wird spekuliert, dass Wassereis ein Bestandteil der Materie sein könnte. In Anbetracht dessen wurden in einer Fallturmkampagne Lawinenexperimente mit Eis unter verschiedenen Schwerelosigkeitsbedingungen durchgeführt, um Eis selbst als granulares Material zu untersuchen.
In der Bachelorarbeit werden die Daten der Fallturmkampagne in Hinsicht auf Schüttwinkel, Geschwindigkeiten und Ausbreitungsverhalten der Lawinen ausgewertet, um einen Einblick in das dynamische Verhalten eisiger granularer Materie auf Asteroiden und anderen Kleinkörpern zu erhalten.

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Dies ist eines der Lawinen Experimente. Durchgeführt wurde das Experiment mit crushed ice bei einer Gravitation von 0,1*g (g=9,81 m/s²). Zusätzlich zu dem Video existieren noch Bilddateien zu demselben Versuch. Mit beidem kann die Lawine in Hinsicht auf Schüttwinkel, Dauer und Geschwindigkeit der Lawine analysiert werden. Die anderen Versuche unterscheiden sich dann entweder in der Stärke der Gravitation, oder der Form der Eis-Teilchen.
Bildnachweis: Natalie Müller (TU BS)


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Simulation eines Stempels, der in ein loses Regolithbett eindrückt.
Bildnachweis: Lennart Klar (TU BS)

Neben Experimenten haben für diese Forschungsbereich auch Simulationen von Aggregaten mit verschiedenen Teilchenparametern ihren Platz. Mit der Discrete Element Method (DEM) lassen sich die Interaktionen von einem Ensemble aus Teilchen (~ 1 Million) modellieren und so Rückschlüsse auf reale Proben ziehen. Dabei werden die Abhängigkeit der makroskopischen Größe Zugfestigkeit von den mikroskopischen Parametern der Probe wie Teilchengröße oder die Anziehungskraft zwischen zwei Teilchen untersucht. Als Simulationsengine werden Project Chrono und LIGGGHTS verwendet und bei der Auswertung kommen verschiedene Methoden wie der Genetische Algorithmus zum Tragen.

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