ESA und australisches Team erzielen Durchbruch bei Raumfahrtantrieb
Ein Team der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Australian National University (ANU) hat ein neues "Ionentriebwerk" zur Verwendung in der Raumfahrt entwickelt. Das neue Gerät, das unter dem Namen "Dual-Stage 4-Grid" (DS4G) bekannt ist, ist in der Lage, einen Abgasschweif zu erzeugen, der mehr als viermal so schnell ist wie die derzeit leistungsstärksten Ionentriebwerke. Das bedeutet eine Effizienzsteigerung um das Vierfache gegenüber den bestehenden Triebwerken und das Zehnfache gegenüber dem in der Mondsonde SMART-1 verwendeten Antriebssystem. "Bei der Verwendung einer ähnlichen Treibstoffmenge wie SMART-1 würde ein künftiges Raumfahrzeug, das unser neues Triebwerk verwendet, mit der richtigen Energieversorgung nicht nur bis zum Mond gelangen, es wäre in der Lage, das Sonnensystem vollständig zu verlassen", erklärt der technische Projektleiter Dr. Roger Walker vom Advanced Concepts Team der ESA. "Dies ist ein Ultra-Ionentriebwerk. Es übersteigt die derzeitige Leistung um ein Vielfaches und eröffnet völlig neue Dimensionen für die Forschung", so Dr. Walker. Die ESA hat den Auftrag zum Bau des Geräts an die ANU aufgrund von deren Kompetenz bei der Entwicklung von hochspannungsfokusierten Ionenstrahlen für die Halbleiterindustrie vergeben. Die ANU schloss das Projekt innerhalb von fünf Monaten ab. Das DS4G-Gerät hat einen elektrischem Antrieb. Ein Strahl positiv geladener Ionen wird unter Verwendung eines elektrischen Feldes vom Raumfahrzeug weg beschleunigt. Geladene "Gitter" mit tausenden von winzigen Perforationen sind mit einem Ionen-Reservoir verbunden. Der Spannungsunterschied zwischen zwei Gittern treibt die Ionen von dem Fahrzeug weg, und je schneller die Ionen ausgestoßen werden, desto höher ist die Effizienz. Bei früheren Versionen kollidierten die Ionen mit den Gittern, wenn sich die Spannungsunterschiede 5.000 Volt annäherten, wodurch die absolute Effizienz des Systems begrenzt wurde. In dem DS4G-System erfolgt der Ionenausstoß zweiphasig unter Verwendung von vier Gittern, wodurch die früheren Beschränkungen überwunden werden. Während die Tests ein voller Erfolg waren, muss das Gerät jetzt für mehrere tausend Stunden in einem Vakuum betrieben werden, um die Bedingungen im Weltraum zu simulieren und seine Zuverlässigkeit zu ermitteln. Theoretisch könnte der Entwurf in Rekordzeit Sonden aus dem Sonnensystem heraustreiben. und Versionen mit hoher Leistung könnten bemannte Missionen zum Mars bringen. "Die nächste Herausforderung ist der Übergang dieses viel versprechenden neuen Triebwerkskonzepts vom Laborversuch zum Raumfahrzeug-Flugmodell, und die ordnungsgemäße Definition der neuen Missionen", sagte der Leiter der Abteilung "Antriebe" der ESA Jose Gonsalez del Amo.
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