(cache)mediaTUM - Medien- und Publikationsserver

mediaTUM GesamtbestandKollektionenElektronische PrüfungsarbeitenFakultätFakultät für MaschinenwesenMasterThesis.pdf

Wenn Sie Schwierigkeiten haben, das Dokument zu öffnen, versuchen Sie auch bitte diesen Link

Dokumenttyp:

Masterarbeit

Autor(en):

Schreck, Bernd

Titel:

Feasibility Analysis of a Life Support Architecture for an Interplanetary Transport Ship

Übersetzter Titel:

Machbarkeitsstudie eines Lebenserhaltungssystems für ein Interplanetares Transport Raumschiff

Abstract:

At the International Astronautical Congress IAC on 27th September 2016, Elon Musk, CEO, lead designer, and founder of SpaceX, presented a detailed concept for a superheavy lift two-stage rocket, called Interplanetary Transport System (ITS). This system is expected to be capable to transport up-to one hundred passengers to Mars. Since space is a hazardous environment, humans can only survive in it with special equipment. This equipment is normally called Environmental Control and Life Support System (ECLSS), which must ensure suitable environmental conditions and a continuous consumable supply for the crew. For the anticipated system, the development of such an ECLSS will be a challenge because only limited resources like payload mass and power are available. Therefore, an optimized system is necessary. For the selection of the ECLSS, an iterative multi-criteria system analysis of the safety, reliability and technology readiness level of different life support technologies were performed in conjunction with an equivalent system mass (ESM) analysis. To offset the static character of the ESM analysis, an initial transient (one day) analysis of the systems was performed based on a tradeoff for 6 different crew schedules. For this, a new tool was developed, called Life Support Trade Off Tool (LiSTOT). With the help of this spreadsheet tool, trade analyses can be made within a short time. Overall 37 different technologies were initially compared with each other and down selected to yield the optimum arrangement based on the initially variables. The variables are crew size, mission duration, pressurized volume, payload mass, and selected crew schedule. To ensure that the developed system remains feasible in a more realistic dynamic environment, a detailed model of the ECLSS was created in Virtual Habitat. Virtual Habitat is a simulation tool of the Technical University of Munich that was already used to successfully model the ISS ECLSS. This model was then used to dynamically simulate a journey to Mars. The results show, that a feasible ECLSS is possible with the made assumptions and constraints. For a one-hundred-person crew only a system which stores all necessary consumables is technically feasible. This is necessary since the power consumption for a recycling system of such a large system would be higher than the power capability of the vehicle. This derives a vast drawback on the required mass and volume. It is recommended, that additional power and thermal heat rejection resources are installed to reduce the mentioned disadvantages. «

übersetzter Abstract:

Am 27. September 2016 präsentierte Elon Musk, CEO, leitender Entwickler und Gründer von SpaceX, ein detailliertes Konzept für eine zweistufige, superschwere Rakete, genannt Interplanetary Transport System (ITS). Dieses System soll eine bis zu 100-köpfige Besatzung zum Mars transportieren können. Da der Weltraum eine gefährliche Umgebung ist, benötigen Menschen spezielle Ausrüstung zum Überleben. Diese Ausrüstung wird gewöhnlich Environmental Control and Life Support System (ECLSS) genannt und ermöglicht der Besatzung eine angemessene Umgebung und ausreichend Vorräte. Da nur beschränkte Ressourcen wie Nutzlastmasse und Energie zur Verfügung stehen, stellt die Entwicklung eines solchen Systems eine Herausforderung dar. Daher ist ein optimiertes System erforderlich. Zur Auswahl eines geeigneten ECLSS wurde eine iterative, multi-kriterien Analyse anhand der Parameter Sicherheit, Zuverlässigkeit und des Technologie-Reifegrads in Verbindung mit einer Massen Äquivalenz Methode (ESM) durchgeführt. Zum Ausgleich des statischen Charakters der ESM Analyse wurde eine anfänglich transiente Analyse der ausgewählten Technologien über einen Tag durchgeführt, basierend auf einer Kompromiss-Analyse von 6 verschiedenen Besatzung-Zeitplänen. Hierfür wurde ein neues Programm entwickelt, genannt Life Support Trade Off Tool (LiSTOT). Mit Hilfe dieses Tabellenkalkulationsprogramms können Machbarkeitsstudien in kurzer Zeit durchgeführt werden. Insgesamt 37 verschiedene Technologien wurden anfangs miteinander verglichen und die besten, basierend auf den ausgewählten Variablen, für die optimale Zusammensetzung ausgewählt. Die Variablen sind Besatzungsgröße, bedrucktes Volumen, Missionslänge, Nutzlastmasse und der ausgewählte Zeitplan. Um sicher zu gehen, dass das entwickelte System in einer realistischen Umgebung praktikabel ist, wurde ein detailliertes ECLSS Model in Virtual Habitat erstellt. Virtual Habitat ist ein Simulationsprogramm der technischen Universität München das bereits erfolgreich zur Modellierung der ISS eingesetzt wurde. Dieses Model wurde verwendet um eine Reise zum Mars zu simulieren. Die Ergebnisse zeigen, dass ein praktikables ECLSS mit den gemachten Annahmen und Beschränkungen machbar ist. Für eine 100-köpfige Besatzung ist nur ein System mit Lagerung aller benötigten Verbrauchsgüter technisch machbar, da der Energieverbauch eines derart großen, regenerativen Systems höher wäre als die zur Verfügung stehende Energie. Dies führt zu einem erheblichen Nachteil für die benötigte Masse und das Volumen. Es wird empfohlen, dass zusätzliche Ressourcen für Energie und Wärmeabstrahlung zur Verfügung gestellt werden, um die erwähnten Nachteile zu kompensieren. «

Stichworte:

Life Support, ECLSS, Feasibility Analysis

Fachgebiet:

MAS Maschinenbau; VER Technik der Verkehrsmittel

DDC:

620 Ingenieurwissenschaften

Betreuer:

Pütz, Daniel

Jahr:

2017

Seiten/Umfang:

307

Sprache:

Sprache der Übersetzung:

Hochschule / Universität:

Technische Universität München

Fakultät:

Fakultät für Maschinenwesen

Ort:

Neuried

Präsentationsdatum:

14.09.2017

BibTeX

Vorkommen:

mediaTUM Gesamtbestand Kollektionen Elektronische Prüfungsarbeiten Fakultät Fakultät für Maschinenwesen