Bei tiefen Weltraummissionen von Raumfahrzeugen durchläuft die Flüssigkeit im Kryotreibstofftank oft komplexe variable Überlastungsbedingungen, bei denen die Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche stark verändert wird, was zu intensiver phasenwechselbedingter Wärmeübertragung und thermodynamischen Zustandsänderungen führt. In dieser Arbeit wurde basierend auf Fallturmexperimenten ein Versuchsaufbau zur Umlagerung von flüssigem Sauerstoff erstellt, mit dem während des Mikrogravitationsübergangs die dynamischen Veränderungen der Gas-Flüssigkeits-Grenzflächenform sowie die Temperatur und der Druck der Gasphase beobachtet und aufgezeichnet wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass in der Fallphase vom Normalgewicht zur Mikrogravitation die dreiphasige Kontaktlinie von flüssigem Sauerstoff an der Tankwand emporsteigt und beim ersten Zurückziehen eine Restflüssigkeitsschicht an der Wand bildet. Da das Ansteigen der Kontaktlinie die Grenzflächenfläche vergrößert, verdunstet flüssiger Sauerstoff kontinuierlich in der Nähe der Grenzfläche, und zusammen mit dem Einfluss der Restflüssigkeitsschicht führt dies schließlich zu einer erhöhten Druckanstiegsrate. Die Temperaturänderungen in 15,2 mm Entfernung von der Grenzfläche werden nicht nur durch den Wärmeübergang an der festen Wand beeinflusst, sondern auch durch die durch die Grenzflächenoszillation verursachte Strömung kalter Gase. Während des gesamten 2,5-sekündigen Umlagerungsprozesses war die Temperaturerhöhung an diesem Messpunkt geringer als bei zwei weiteren Temperatursensoren. Diese Studie liefert eine wichtige experimentelle Grundlage für die Auslegung von kryogenen Treibstoffmanagementsystemen im Orbit und die Validierung von Umlagerungssimulationsmodellen.

flüssiger Sauerstoff;Fallturmexperiment;Mikrogravitation;Grenzfläche