Áramlások az éghajlatváltozásban

Airbus-, DLR- és BTU-tudósok az Airbus Defence and Space (ADS) tisztatérben Friedrichshafenben, az AtmoFlow kísérlet hardver részei előtt. A BTU csapatból részt vesz: Dr. Szabó Péter (3. balról), Künne Simon (4. balról), Dr. Travnikov Vadim (6. balról), Haun Péter (6. jobbról), Egbers Christoph professzor (5. jobbról) és Gaillard-Röpke Yann (4. jobbról). (Fotó: ADS/Dr. Adrian Astrid)

Egyedülálló kísérlettel, amely kizárólag súlytalanságban végezhető el, a BTU kutatói a klímaváltozás hatásait vizsgálják a Föld sarkköröire és az ezzel összefüggő lég- és óceáni áramlatokra.

2024 februárjában indult a DLR „AtmoFlow” projekt második szakasza. Az AtmoFlow a konvektív áramlás tudományos vizsgálatát jelenti egy gömbhéj-rendszerben, amely analóg a bolygóközi áramlási mezőkkel – magyarázza Prof. Dr.-Ing. Christoph Egbers, a projekt vezetője. A támogatási időszak három év, és közel 680 000 eurós támogatási összeggel rendelkezik.

A BTU áramláskutatása harmadszor az űrben

A AtmoFlow segítségével már harmadszor repül egy tudományosan és technológiailag koordinált űrállomási kísérlet a BTU-tól az orbitális pályára. A GeoFlow I (2008-2009) és GeoFlow II (2011-2018) előkísérletek már nagyon sikeresen készültek és valósultak meg Cottbusból. Prof. Dr.-Ing. Christoph Egbers, a BTU Aerodinamika és Áramlástan Tanszékének vezetője és mindhárom projekt vezetője lelkesedve mondja: „Ez nagyon különleges. Szinte nincs más német egyetem, amely több mint 20 éve részt vesz ilyen űrállomási kísérletekben.” Ide tartoznak számos kísérő földi vizsgálat, parabola repülések és kutatási rakéták, amelyek során rövid ideig súlytalanság áll fenn. Az új DLR-projekttel három további helyet támogatnak tudósok számára.

Mini Föld az ISS-en

A Atmospherical Flow (AtmoFlow) kísérlet fő célja a gömbhéjban lévő atmoszférikus, konvektív áramlások vizsgálata. Az ilyen gömbhéj-kísérletek széles körben elterjedtek a geofizikában, asztrofizikában és különösen a légkörkutatásban, és központi szerepet töltenek be. A BTU technológiájának különlegessége a gömbgeometria, ellentétben más, gyakran sík, kartézius kísérletekkel.

A AtmoFlow-ban sphrérikus geometriában vizsgálják az áramlásokat egy központi erőmező („Mini Föld”) hatása alatt, melyet a légkörhöz hasonló szélsőfeltételek vesznek körül. Ez a kísérleti rendszer nem valósítható meg a Földön, mivel a gravitációs mező elfedi a mesterséges központi erőmezőt. Mikrogravitációs körülmények között, azaz közel súlytalanságban, azonban a modell-erőmező szimulálhatja a konvekciót – olyan áramlásokat, amelyek a Föld légkörében, az óceánokban vagy a magma magjában fordulnak elő.

Paralel és kiegészítő módon Dr.-Ing. Vadim Travnikov, Prof. Egbers csapatának kutatója 2024 januárjától egy hidrodinamikus CFD-modellt (Computational Fluid Dynamics) fejleszt, amely a DFG támogatásával valósul meg. Ez az áramlásmodell leírja a Föld légkörének áramlási formáit és kölcsönhatásait. Stabilitási elemzéssel a kutató többet tud meg az áramlás állapotáról. Egy instabilitás például turbulens áramlásba, például tornádóba való átmenetet indíthat el. „Érdekel minket, hogyan változnak az áramlások a klímaváltozással világszerte,” mondja a kutató. „Ezzel a tudással a meteorológusok pontosabban jósolhatják a helyi klímát.” Ezen kutatások eredményei beépülnek az AtmoFlow projektbe, amely a bolygóközi és légköri áramlások vizsgálatát célozza az Nemzetközi Űrállomáson (ISS).

A jelenlegi tervek szerint az űrrepülés az ISS-re 2026 vagy 2027 körül várható

A BTU projekt célja egy olyan szimulációs modell kialakítása, amely a gömbmodell adatai alapján számítja ki a légköri konvektív folyamatokat. A feltételek – például a magasabb hőmérsékletek északi és déli sarkokon – változtatásával ez a modell lehetővé teszi a klímaváltozás hatásainak szimulálását és a lehetséges következmények becslését. A csapat továbbra is Dr. Peter Szabo, M.Sc. Peter Haun, M.Sc. Yaraslau Sliavin és M.Sc. Yann Gaillard-Röpke alkotja.

Háttér

Oroszország, az USA, Japán és Európa közösen üzemelteti az ISS-t és kutatómóduljait legalább 2030-ig. Csak Németországból 40-50 különböző diszciplínájú és intézményű kísérlet fut a súlytalanságban az űrállomáson.