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Prolonged operations close to small solar system bodies require a sophisticated control logic to minimize propellant mass and maximize operational efficiency. A control logic based on Discrete Mechanics and Optimal Control (DMOC) is proposed and applied to both conventionally propelled and solar sail spacecraft operating at an arbitrarily shaped asteroid in the class of Itokawa. As an example, stand-off inertial hovering is considered, recently identified as a challenging part of the Marco Polo mission. The approach is easily extended to stand-off orbits. We show that DMOC is applicable to spacecraft control at small objects, in particular with regard to the fact that the changes in gravity are exploited by the algorithm to optimally control the spacecraft position. Furthermore, we provide some remarks on promising developments.
The so-called "compound solar sail", also known as "Solar Photon Thruster" (SPT), holds the potential of providing significant performance advantages over the flat solar sail. Previous SPT design concepts, however, do not consider shadowing effects and multiple reflections of highly concentrated solar radiation that would inevitably destroy the gossamer sail film. In this paper, we propose a novel advanced SPT (ASPT) design concept that does not suffer from these oversimplifications. We present the equations that describe the thrust force acting on such a sail system and compare its performance with respect to the conventional flat solar sail.
The so-called "compound solar sail", also known as "Solar Photon Thruster" (SPT), is a solar sail design concept, for which the two basic functions of the solar sail, namely light collection and thrust direction, are uncoupled. In this paper, we introduce a novel SPT concept, termed the Advanced Solar Photon Thruster (ASPT). This model does not suffer from the simplified assumptions that have been made for the analysis of compound solar sails in previous studies. We present the equations that describe the force, which acts on the ASPT. After a detailed design analysis, the performance of the ASPT with respect to the conventional flat solar sail (FSS) is investigated for three interplanetary mission scenarios: An Earth-Venus rendezvous, where the solar sail has to spiral towards the Sun, an Earth-Mars rendezvous, where the solar sail has to spiral away from the Sun, and an Earth-NEA rendezvous (to near-Earth asteroid 1996FG3), where a large orbital eccentricity change is required. The investigated solar sails have realistic near-term characteristic accelerations between 0.1 and 0.2mm/s2. Our results show that a SPT is not superior to the flat solar sail unless very idealistic assumptions are made.
Grasschnitt hat in Deutschland ein beträchtliches Potenzial als nachwachsender Rohstoff. Da frischer Grasschnitt nur in den Sommermonaten zur Verfügung steht und Gras bei der Lagerung verrottet, wird er unter anderem durch Silierung konserviert. Während der Silierung wird ein Teil der wasserlöslichen Kohlenhydrate unter anaeroben Bedingungen zu Milchsäure fermentiert. Die Kombination aus Luftabschluss und Ansäuerung bewirkt die Konservierung der Silage. Silage als weit verbreitetes landwirtschaftliches Erzeugnis ist somit ein potentieller, in großen Mengen verfügbarer Lieferant für eine Vielzahl von Substraten für mikrobielle Fermentationen. Diese können entweder durch die Hydrolyse der in den Pflanzen enthaltenen Cellulosen und Hemicellulosen oder durch die Verwendung eines Silagepresssaftes nutzbar gemacht werden. Die zu entwickelnden Prozesse sollen die verbleibenden Kohlenhydrate, inklusive der Cellulose und Hemicellulose, sowie die Milchsäure nutzen. Die in der Silage enthaltenen Zucker sollen zu Ethanol, Itakonsäure und Bernsteinsäure und die Milchsäure zu 1,2-Propandiol umgesetzt werden. Anfallende Reststoffe wie Hydrolyserückstände, Presskuchen und Fermentationsrückstände sollen bei allen zu etablierenden Prozessen entweder als Viehfutter verwendet oder der Biogasproduktion zugeführt werden können, wodurch eine vollständige stoffliche und energetische Nutzung der Silage erreicht wird.
Die ökonomische Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und der klimatische Wandel durch die Nutzung dieser haben zu einer intensiven Suche nach erneuerbaren Rohstoffen für die Produktion von Chemikalien und Treibstoffen geführt. Ein viel versprechender Rohstoff in diesem Zusammenhang sind Zucker, die mittels enzymatischer Hydrolyse aus Lignocellulose gewonnen und beispielsweise zu Ethanol umgesetzt werden können. Dabei ist es notwendig die Hydrolyse in Hinsicht auf das verwendete Substrat und die Verwendung der entstehenden Hydrolysate für die Fermentation von Alkohol zu optimieren. Als Substrat dienen Cellulose- und Hemicellulose-Fraktionen, die durch thermo-chemische Vorbehandlung von Holz gewonnen werden. Die Vorbehandlung erfolgt bei unserem Projektpartner am Johann Heinrich von Thünen Institut in Hamburg. Verschiedene kommerziell erhältliche Enzyme, thermostabile eingeschlossen, wurden auf ihre Fähigkeit hin untersucht, diese Fraktionen zu den entsprechenden Zuckern umsetzen zu können. Um die Konzentration an fermentierbaren Zuckern zu steigern werden verschiedene Optimierungen durchgeführt, z. B. die Erhöhung der Substrat- bzw. Enzymkonzentrationen. Ein weiterer interessanter Ansatz, welcher ebenfalls verfolgt wird, ist es die Hydrolyse und die Fermentation in einem Schritt durchzuführen.
Molke als Nebenprodukt der Käseherstellung wurde lange Zeit als Abfall betrachtet. Bedingt durch ihren hohen BOD (biological oxygen demand) war die direkte Einleitung in Gewässer, aber auch der mikrobielle Abbau in Kläranlagen bedenklich. Falls eine Weiterverarbeitung der Molke stattfand, so geschah dies meist zu Molkepulver oder Proteinkonzentrat. Als Untersuchungen der Molkeproteine jedoch unter pharmazeutischen Gesichtspunkten interessante Eigenschaften nahelegten, stieg das Interesse am Bioprodukt Molke und ihren Proteinen an. So stehen beispielsweise für die Molkeproteine a-Lactalbumin (ala) und b-Lactoglobulin (blg) antibakterielle, anticancerogene und diverse andere physiologische Effekte in der Diskussion. Gegenwärtig finden meist Membranverfahren zur Aufreinigung von Molkeproteinen Anwendung. Als alternatives Verfahren wurde am Institut für Bioverfahrenstechnik in Kaiserslautern ein chromatographisches Verfahren entwickelt, bei dem natürliche Tonminerale zum Einsatz kamen. Nach chemischer und physikalischer Modifikation des Ausgangsmaterials durch den Hersteller Süd-Chemie wurden drei der Adsorber für nähere Untersuchungen zur Auftrennung von Molkeproteinen aus Molkekonzentrat herangezogen. Nach einer Cross-Flow-Filtration des Molkekonzentrats erfolgte die Aufreinigung der Molkeproteine in einem FPLC-System.
The simultaneous assessment of glottal dynamics and larynx position can be beneficial for the diagnosis of disordered voice or speech production and swallowing. Up to now, methods either concentrate on assessment of the glottis opening using optical, acoustical or electrical (electroglottography, EGG) methods, or on visualisation of the larynx position using ultrasound, computer tomography or magnetic resonance imaging techniques.
The method presented here makes use of a time-multiplex measurement approach of space-resolved transfer impedances through the larynx. The fast sequence of measurements allows a quasi simultaneous assessment of both larynx position and EGG signal using up to 32 transmit–receive signal paths. The system assesses the dynamic opening status of the glottis as well as the vertical and back/forward motion of the larynx.
Two electrode-arrays are used for the measurement of the electrical transfer impedance through the neck in different directions. From the acquired data the global and individual conductivity is calculated as well as a 2D point spatial representation of the minimum impedance.
The position information is shown together with classical EGG signals allowing a synchronous visual assessment of glottal area and larynx position. A first application to singing voice analysis is presented that indicate a high potential of the method for use as a non-invasive tool in the diagnosis of voice, speech, and swallowing disorders.
This study demonstrates the feasibility of applying free-breathing, cardiac-gated, susceptibility-weighted fast spin-echo imaging together with black blood preparation and navigator-gated respiratory motion compensation for anatomically accurate T₂ mapping of the heart. First, T₂ maps are presented for oil phantoms without and with respiratory motion emulation (T₂ = (22.1 ± 1.7) ms at 1.5 T and T₂ = (22.65 ± 0.89) ms at 3.0 T). T₂ relaxometry of a ferrofluid revealed relaxivities of R2 = (477.9 ± 17) mM⁻¹s⁻¹ and R2 = (449.6 ± 13) mM⁻¹s⁻¹ for UFLARE and multiecho gradient-echo imaging at 1.5 T. For inferoseptal myocardial regions mean T₂ values of 29.9 ± 6.6 ms (1.5 T) and 22.3 ± 4.8 ms (3.0 T) were estimated. For posterior myocardial areas close to the vena cava T₂-values of 24.0 ± 6.4 ms (1.5 T) and 15.4 ± 1.8 ms (3.0 T) were observed. The merits and limitations of the proposed approach are discussed and its implications for cardiac and vascular T₂-mapping are considered.
Bei der Stärkeproduktion entstehendes Kartoffelfruchtwasser besitzt mit 2 – 3 % einen hohen Anteil an ernährungsphysiologisch interessanten Proteinen. Die industrielle Gewinnung dieser Proteinfracht liefert jedoch lediglich ein minderwertiges, denaturiertes Produkt. Mit Hilfe der Membranadsorber-Technologie lassen sich aus Kartoffelfruchtwasser unter milden Reaktionsbedingungen native bioaktive Proteinfraktionen gewinnen. Geeignete Trennbedingungen wurden im Labormaßstab entwickelt und in den Technikumsmaßstab übertragen. An Anionenaustauscher-Membranadsorbern mit einer Membranfläche von 10 000 cm2 wurde eine Patatinhaltige Fraktion (44 kDa) mit Bindungskapazitäten von 0,37 mg/cm2 isoliert. Eine niedermolekulare Proteinfraktion mit Protease-Inhibitoren konnte durch Kationenaustauscher-Membranadsorber mit Bindungskapazitäten von 1,00 mg/cm2 gewonnen werden. Sie ist für verschiedenste Applikationen in der pharmazeutischen, kosmetischen und der Nahrungsmittelindustrie interessant z. B. für Appetitzügler oder muskelaufbauende Proteinpräparate. Der Aufreinigung der nativen Proteinfraktionen durch Ultra-/Diafiltration schließt sich die Konfektionierung durch Sprühtrocknung an. Die bioanalytische Charakterisierung der Produkte belegt die Reinheit und die enzymatische Aktivität sowie die Abreicherung von Störkomponenten wie Glykoalkaloide und Polyphenoloxidasen.