Ergänzende Richtlinien für die Anfertigung von Studien- und ...

Schlussfolgerungen und Ausblick
Institut für Raumfahrttechnik
Prof. Dr.-Ing. R. Förstner 24
Am Beginn der Arbeit stand das Ziel, atomaren und molekularen Sauerstoff im Weltraum
unterscheiden und messen zu können. Als Ausgangspunkt für die Entwicklung dienten
elektrochemische Sensoren mit einem keramischen Festelektrolyt. Obwohl der Einsatz
solcher Sensoren auf der Erde bereits etabliert ist, war ihr Einsatz unter Hochvakuum- bzw.
Weltraumbedingungen noch wenig untersucht. Nachdem frühere Arbeiten am IRS die
prinzipielle Anwendbarkeit der Sensoren unter diesen Bedingungen nachwiesen, galt es nun,
diese zu optimieren, so daß ein verläßlicher Betrieb unter Hochvakuumbedingungen möglich
war.
Als elementar für diesen Prozeß stellte sich die Herleitung von verschiedenen
physikalischmathematischen Modellen heraus. Es ist dabei gelungen, die grundlegenden
Reaktionsmechanismen
zu erfassen und sowohl das statische als auch das dynamische Sensorverhalten numerisch zu
simulieren. Die Modelle sind somit in der Zukunft für weitere Optimierungen einsetzbar; vor
allem aber können sie als Basis für eine weiterführende mathematische Beschreibung der
Sensorfunktion dienen. Dabei ist sowohl die Einbeziehung zusätzlicher Reaktionsschritte als
auch die Optimierung der numerischen Berechnungsmethode denkbar.
Neben dem verbesserten Verständnis der Sensorfunktion ist der hohe Wert der Modelle für
die Entwicklungsarbeit besonders durch Vergleiche mit experimentellen Ergebnissen
begründet. Es zeigte sich im Laufe der Arbeit, daß oftmals nur der Einsatz unterschiedlichster
Meßmethoden und der Vergleich mit den Vorhersagen der mathematischen Modelle es
ermöglichte zu entscheiden, durch welche Mechanismen die Sensoren primär beeinflußt
werden und wie eine weitere Verbesserung der Sensorfunktion erreichbar ist.
Diese Vorgehensweise bei der Entwicklung der Sensoren führte dazu, daß eine optimale
Elektrodenkonfiguration für den Hochvakuumeinsatz gefunden wurde. Außerdem konnte das
verwendete Elektrodenmaterial verbessert werden, was zu einer deutlichen Erhöhung des
Signalstromes führte. Es konnte gezeigt werden, daß die Sensoren Sauerstoffpartialdrücke
von 2.5·10 -9 mbar detektieren und Sauerstoffpartialdruckänderungen von 2.0·10 -10 mbar
auflösen können. Daraus erschließt sich bereits, daß diese Sensoren den Anforderungen für
Messungen unter Weltraumbedingungen gerecht werden. Dabei bleiben sie jedoch nicht auf
den Einsatz im Weltraum beschränkt; ganz im Gegenteil ist von einem großen Potential für
terrestrische Anwendungen auszugehen. Insbesondere ist hier nicht nur an Messungen in
Vakuumsystemen zu denken, sondern auch an Bereiche, in denen bei hohen Drücken sehr
kleine Sauerstoffpartialdrücke registriert werden müssen, wie dies z.B. bei der
Halbleiterherstellung der Fall ist.