Ein modulares Antriebssystem für Kleinsatelliten
Von der Positionsbestimmung über die Telekommunikation bis hin zur Erdbeobachtung – die Gesellschaft wird immer abhängiger von satellitengestützten Diensten. Tatsächlich wird erwartet, dass der weltweite Markt für Satellitendienste im Jahr 2021 die 5 Mrd. EUR-Schwelle übersteigen wird. Im Vergleich dazu betrug das Anlagevolumen im Jahr 2016 noch 2 Mrd. EUR. Ein Großteil dieses Wachstums ist auf die Abkehr von den großen, komplexen und kostspieligen Satelliten von gestern zugunsten der Verwendung von Clustern oder Konstellationen von Kleinsatelliten zurückzuführen, von denen einige nicht mehr als ein Kilogramm wiegen. Obwohl diese Kleinsatelliten die Herstellungskosten gesenkt haben, bleibt jedoch ein erhebliches Hindernis für die Erreichung von Skaleneffekten bestehen: das Antriebssystem. „Da viele dieser Satelliten ohne Antriebssystem gestartet werden, sind sie in ihren Möglichkeiten ziemlich begrenzt“, so Alexander Reissner, CEO und Gründer von ENPULSION, einem österreichischen Weltraumtechnologieunternehmen. „Sie müssen nicht nur häufiger ersetzt werden als größere Satelliten, sondern sind auch in Bezug auf Manöver in der Umlaufbahn, Formationsflüge und die passive Entfernung aus der Umlaufbahn am Ende der Nutzungsdauer eingeschränkt.“ Mit Unterstützung durch EU-Mittel hat ENPULSION eine Lösung für das Antriebsproblem entwickelt. Diese wird als IFM Micro Thruster bezeichnet und ist ein kompaktes modulares Antriebssystem, das speziell für Kleinsatelliten mit einem Gewicht zwischen 1 kg und 500 kg konzipiert wurde.
Anpassung des elektrischen Feldemissionsantriebs für kleine Raumfahrzeuge
Der IFM Micro Thruster basiert auf dem Design des IFM Nano Thrusters, der für Kleinsatelliten entwickelt wurde. ENPULSION hat dieses Design speziell für größere Satelliten mit einem Gewicht von bis zu 500 kg überarbeitet. „Hauptziel des Projekts war es, den elektrischen Feldemissionsantrieb von der bereits vorhandenen Antriebslösung auf ein neues, fortschrittlicheres und leistungsfähigeres Produkt hochzuskalieren“, erklärt Reissner. Der elektrische Feldemissionsantrieb ist ein fortschrittliches elektrostatisches Raumfahrtantriebssystem, das aus einem Sender und einer Beschleunigerelektrode besteht und flüssiges Metall als Treibstoff verwendet. Der IFM Micro Thruster baut auf dieser Antriebstechnik auf und verfügt über eine Eingangsleistung von 100 Watt, erzeugt einen Schub von bis zu 1,5 mN und liefert einen Gesamtimpuls von 50 kN, wodurch er besonders gut für kleine und mittlere Raumfahrzeuge geeignet ist. Da der IFM Micro Thruster keine Druckbehälter oder energetischen Chemikalien enthält, kann er von jeder Rakete – oder sogar von der Internationalen Raumstation aus – gestartet werden. Sowohl das Triebwerk als auch der Treibstoff befinden sich in einem 14x12x10 cm großen Modul, das direkt an jede flache Oberfläche angeschraubt werden kann. Ein separater Tank oder eine Flüssigkeitsleitung ist dabei nicht erforderlich, wodurch Platz eingespart wird. „Der hohe spezifische Impuls und die unübertroffene Steuerungsgenauigkeit des IFM Micro Thrusters machen ihn zur perfekten Lösung für die Positionshaltung und Lageregelung“, sagt Reissner. „Darüber hinaus können Vorgänge am Ende der Nutzungsdauer in Abhängigkeit der verbleibenden Treibstoffmengen am optimalsten Betriebspunkt durchgeführt werden.“
Vom Start-up zum KMU
Dank der Förderung durch EU-Mittel wuchs das Team von ENPULSION beim Übergang von einem Start-up zu einem etablierten KMU von nur sechs auf fast 30 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an. Im Verlauf des Projekts erhielt das Unternehmen als erstes KMU im Bereich Weltraumtechnologie die ISO-9001-Zertifizierung. Zudem konnten auch Beziehungen zu wichtigen Branchenakteuren wie Airbus und Thales aufgebaut werden. „Wir haben derzeit 27 Triebwerke im Weltraum, und dank der großen Marktnachfrage werden bald viele weitere hinzukommen“, ergänzt Reissner.
Schlüsselbegriffe
IFM Micro Thruster, Satelliten, modulares Antriebssystem, Erdbeobachtung, ENPULSION, elektrischer Feldemissionsantrieb, Internationale Raumstation