ISRULib
ISRULib soll eine Open-Source-Datenbank mit lesbaren und leicht verständlichen ISRU-Modellen sein, die in spezifische Analyse- und Simulationswerkzeuge integriert und von der gesamten Gemeinschaft für technologische Abwägungen auf hohem Niveau und vorläufige Architekturdefinitionen verwendet werden können. Unser Ziel ist es, ISRULib lebendig zu halten und ständig zu aktualisieren. Wenn Sie mitarbeiten wollen, indem Sie Ihre Modelle in die Datenbank aufnehmen oder einfach nur die bereits vorhandenen nutzen wollen, besuchen Sie bitte die Wiki-Dokumentationsseite. ISRULib kann von seinem Gitlab-Projekt heruntergeladen werden.
Holitische und multidisziplinäre Modellierungsansätze sind bei der Entwicklung komplexer neuer Systeme von entscheidender Bedeutung, um ihre Skalierbarkeit zu bewerten, ihre Architekturen zu optimieren und von Anfang an überlegte Entscheidungen zu treffen. Dies ist zum Beispiel bei Weltraumressourcen oder ISRU der Fall.
TUM verfügt über eine umfangreiche Erfahrung in der Entwicklung von Werkzeugen für die Analyse und Simulation von bemannten Raumfahrtsystemen. Das Life Support Trade Off Tool (LiSTOT) kombiniert Multikriterien- und ESM-Analysen (Equivalent System Mass), während das Virtual Habitat (V-HAB) in der Lage ist, einzelne Prozesse und systemübergreifende Masse- und Energieflüsse dynamisch zu simulieren. Obwohl beide Tools gelegentlich zur Modellierung von ISRU-Komponenten verwendet wurden (Guerrero-Gonzalez & Zabel, 2023; Kaschubek et al., 2021), lag ihr Hauptaugenmerk auf der Analyse und Simulation von Lebenserhaltungssystemen. Daher fehlen ISRU-Modelle in diesen Werkzeugen.
Einzelne holitische Modellierungsversuche für verschiedene ISRU-Architekturen sind in der Literatur zu finden (Schreiner, 2015; Hinterman, 2022). Sie müssen jedoch in einem einzigen Rahmen zusammengefasst werden, damit sie unter denselben Annahmen verglichen und abgewogen werden können.
Wir entwickeln derzeit ISRULib, eine Bibliothek auf Komponenten- und Systemebene für ISRU-Architekturen, mit Modellen, die die gesamte ISRU-Kette der Wasser-, Sauerstoff- und Metallproduktion abdecken; vom Abbau und der Verarbeitung von planetarem Regolith bis zur Lagerung der Endprodukte. Die Modelle schätzen Massen- und Energiebudgets sowie die Performance der neuesten technologischen Fortschritte für einzelne Prozesse auf der Grundlage analytischer parametrischer Berechnungen, extrapolierter experimenteller Ergebnisse, Ersatzmodelle aus numerischen Simulationen und bereits existierender ISRU-Hardware.
Beispiel: Systemarchitektur einer lunaren ISRU-Anlage, die kohlenstoffarmen Stahl und O2 produziert. Die Performance sowie das Massen- und Energiebudget der Produktionsanlage können mit ISRULib-Komponenten abgeschätzt werden (Quelle: Guerrero-Gonzalez & Zabel, 2023).
Publikationen
- Guerrero-Gonzalez, F. J. & Reiss, P. (2023). Holistic system modeling: Towards the design of scalable ISRU architectures. Space Resources Week. [Download poster]
- Guerrero-Gonzalez, F. J. & Zabel, P. (2023). System analysis of an ISRU production plant: Extraction of metals and oxygen from lunar regolith. Acta Astronautica, vol. 203, pp. 187–201. doi:10.1016/j.actaastro.2022.11.050.
- Dietrich, C. F. (2023). ISRULib: Parametric Analytical Modeling of Regolith Excavation and Handling Hardware. Semester thesis. Technical University of Munich.
- Schuster, F. (2023). ISRULib: Parametric Analytical Modeling of H2/O2 Electrolysis, Liquefaction and Cryostorage. Bachelor thesis. Technical University of Munich.
- Guerrero-Gonzalez, F. J. (2021). Analysis of an In-Situ Material Production Concept for Potential Thermal Applications in a Lunar Mission. Master's thesis. Technical University of Munich. [Download manuscript]
last updated: 09/2024