Dynamisches Modell der Mondstaubumgebung

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Ralf Srama
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410413592

Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines dynamischen Modells der Staubwolke des Erdmondes. Die NASA Mission LADEE hat eine permanente, asymmetrische Staubwolke am Erdmond erstmals nachgewiesen. Zeitliche Schwankungen der Staubdichte sind dabei eng mit transienten Phänomenen, wie Meteoritenströmen verbunden. Die Staubwolke besteht primär aus Auswurfpartikeln, die bei Einschlägen von Meteoriten entstanden sind. Die Eingangsparameter für die Modellentwicklung sind experimentelle Daten der Ejektaeigenschaften, die bei Einschlagsversuchen am Staubbeschleuniger der Universität Stuttgart und am Harbin Institute of Technology (HIT, China) gewonnen werden. Am HIT in Harbin werden Einschlagsversuche mit Millimeter großen Partikeln charakterisiert, während die Universität Stuttgart Hochgeschwindigkeitseinschläge von Mikropartikeln durchführt. Der angestrebte Geschwindigkeitsbereich liegt im relevanten Bereich von 500 m/s bis 50 km/s bei Partikelgrößen zwischen 1 Mikrometer (Elektrostatischer Beschleuniger) und 10 mm (Light Gas Gun). Der Einschlagswinkel ist zwischen 15° und 90° variabel einstellbar. Aufgrund dieser Eigenschaften der Testumgebungen können Partikeleinschläge von Meteoritenströmen und interstellarem Staub auf der Mondoberfläche simuliert werden. Beim Einschlag der millimetergroßen Projektile entstehen sekundäre Ejektapartikel. Um deren Masse, Geschwindigkeit und Winkelverteilung zu messen, wird eine Kaskade aus PVDF-Detektoren und einem Aerogel-Kollektor-Array entwickelt. Die Ejektapartikel, die aufgrund der mikrometergroßen Projektile entstehen, werden mit einem System aus Multi-Anoden-Detektoren und einem Delay-Line_Detektor untersucht. Das Einschlagstarget auf dem die Projektile auftreffen ist ein Simulant für Mond Regolith welches vom chinesischen Partner entwickelt wurde. Der primäre Fluss der Einschlagspartikel auf der Mondoberfläche, ihre zu erwartende Masse und Geschwindigkeit, sowie die Winkelverteilung werden unter Verwendung neuester Staubmodelle (IMEX und IMEM2) beschrieben. Beide Modelle wurden vom deutschen Partner entwickelt.Während des Projekt werden Experimente durchgeführt, mit denen die sekundären Ejektapartikel charakterisiert werden. Die ermittelten Ejektaparameter werden als Eingangsgröße für die Modellrechnungen zur Beschreibung der Prozesse auf der Mondoberfläche genutzt. Die Modelle sollen die durch LDEX gemessenen Staubdichten und -massen über der Mondoberfläche beschreiben. Die Universität Stuttgart und das HIT haben viel Expertise im Bereich von Simulationen von Raumfahrtumgebungen, sowie der experimentellen Durchführung und Interpretation von Hochgeschwindigkeitseinschlägen. Das gemeinsame Forschungsvorhaben ist ein wesentlicher Bestandteil, um die deutsche und chinesische Raumfahrt auf die Mondumgebung wissenschaftlich vorzubereiten und um die Kooperation der beiden Institutionen zu vertiefen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Xingji Li