Experimentelle Untersuchungen zur Anwendbarkeit einer Kraftmesstechnik basierend auf optischer Objektverfolgung in CCD-Kameraaufnahmen

Abstract

Im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Göttingen werden im Hochenthalpiekanal Göttingen (HEG) Modelle in Überschallströmungen unter anderem unter Wiedereintrittsbedingungen in die Atmosphäre getestet. Bei diesem Kanal handelt es sich um den größten Stoßwellenkanal in Europa, bis vor ein paar Jahren war es sogar der größte der Welt. Die angreifenden Kräfte und Wärmeübergänge werden dabei gemessen. Die Probleme bei der Kraftmessung sind unter anderem, dass die Modelle befestigt bzw. aufgehängt werden müssen, diese Befestigungen und auch die Beschleunigungssensoren am Modell stören die Umströmung. Nun soll erstmalig im Rahmen der ExoMars-Kampagne ein kapselförmiges Modell im Kanal frei fliegen und mithilfe eines optischen Aufnahmesystems die wirkende Beschleunigung ermittelt werden. ExoMars ist eine Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), welche im Jahr 2013 starten soll. Dabei soll mit einer Kapsel ein Rover zum Mars gebracht werden, welcher nach Spuren von Leben suchen soll. Damit die Kapsel mit dem Rover auch auf der Marsoberfläche landet und nicht vorher verglüht, werden die auf sie wirkenden Kräfte im HEG simuliert und gemessen. Dies geschieht mit einer Hochgeschwindigkeitskamera, welche die Bewegung des Modells aufnimmt, und einer Software. Die Software erkennt die Form des Objektes auf den Bildern, aus der Bewegung des Objektes wird dann die Beschleunigung und die daraus resultierende Kraft ermittelt. Um festzustellen, inwiefern eine Anwendung im HEG möglich ist und wie groß der zu erwartende Fehler in der Objektverfolgung sein wird, sollen in dieser Arbeit die Grenzen der optischen Kraftmesstechnik aufgezeigt werden.