Weltraumerprobte Elektrospray-Triebwerke mit ionischen Flüssigkeiten revolutionieren Navigation kleiner Satelliten im All
Satelliten in erdnahen Umlaufbahnen kämpfen ständig gegen atmosphärischen Widerstand und Weltraummüll. Ihre Flugbahn beizubehalten und Gefahren zu vermeiden, erfordert eine hohe Manövrierfähigkeit, doch konventionelle Antriebssysteme sind oft zu sperrig und zu teuer, um sie in großem Maßstab für moderne Konstellationen zu bauen. Diese Einschränkungen setzen den Fähigkeiten der Satelliten Grenzen und verkürzen ihre Lebensdauer, was zunehmend Besorgnis erregt, da Kleinsatellitenkonstellationen rasch ausgeweitet werden, um die steigenden Anforderungen an Kommunikation und Erdbeobachtung zu erfüllen. Die Betreiber müssen unter engen Vorgaben in Bezug auf Masse, Leistung und Finanzen maximale Mobilität erreichen. „Im Ökosystem der Kleinsatelliten zählt jedes Gramm und jedes Watt und wir verwandeln diese Einschränkungen mit einer neuen elektrischen Antriebstechnologie mit der Bezeichnung ‚Elektrospray‘ in Chancen“, erklärt Emmanuel Plier, Koordinator des EU-finanzierten Projekts HYPERION und leitender Geschäftsführer bei ION-X(öffnet in neuem Fenster). Beim Elektrospray-Antrieb werden die Grundsätze der Elektrohydrodynamik auf einen flüssigen Treibstoff angewendet, wobei elektrische Felder dazu dienen, sich schnell bewegende Ionen herauszulösen und mit hohen Geschwindigkeiten auszustoßen. Diese patentierte Technologie bildet den Kern der ION-X-Triebwerke, bei denen Einfachheit, Effizienz und Skalierbarkeit optimiert werden. „Die Mission von ION-X lautet, den Satellitenbetreibern das beste Antriebssystem zur Verfügung zu stellen, um die Lebensdauer von Raumfahrzeugen zu verlängern, die Manövrierfähigkeit zu steigern und den langfristigen Missionserfolg zu sichern“, fügt Plier hinzu.
Erster europäischer Elektrospray-Zündversuch im All
Mit Unterstützung des Teams von HYPERION erreichte ION-X kürzlich mit dem Start und dem Betrieb seines ersten Ionenantrieb-Prototyps in der Umlaufbahn einen wichtigen Meilenstein. Im Mai 2025 gelang mit dem System an Bord eines von Space Inventor(öffnet in neuem Fenster) gebauten Satelliten, der mit der SpaceX-Transporter-12-Mission(öffnet in neuem Fenster) gestartet wurde, die erste Ionenstrahlzündung in einer erdnahen Umlaufbahn. Gesteuert von seinem Bordcomputer und angetrieben von einer eigenentwickelten Energieverarbeitungseinheit erzeugte das Triebwerk einen geschätzten Schub von 20 µN mit einem 200 µA starken Ionenstrahl bei 5 kV. „Zehn Jahre nachdem BUSEK 2015 das weltweit erste Elektrospray-System auf der Basis ionischer Flüssigkeiten für den LISA Pathfinder(öffnet in neuem Fenster) der ESA und NASA auf den Markt gebracht hatte, war die Demonstration von ION-X weltweit die zweite ihrer Art – und die erste, die jemals von einem europäischen Unternehmen durchgeführt wurde“, betont Plier. Mit diesem Flugtest wurden alle Kernfunktionen validiert, darunter Echtzeit-Telemetrie, Überwachungsschleifen, Software-Aktualisierungen aus der Ferne von der Erde sowie die Fähigkeit des Systems, der Weltraumumgebung und den Belastungen beim Start standzuhalten. Obwohl eine Anomalie während des Fluges den vollen Triebwerksbetrieb einschränkte, lieferte die Erprobung wertvolle Erkenntnisse, anhand derer Bodenprüf- und Steuerungsprozesse optimiert wurden.
Intelligentere, mühelose und treibstoffsparende Satellitenmanöver
Von zentraler Bedeutung für die Mobilität von Raumfahrzeugen ist Delta v(öffnet in neuem Fenster), ein direktes Maß für die Fähigkeit eines Satelliten, Manöver auszuführen. Ein zuverlässiges Delta v-Budget ermöglicht im Betrieb präzise Positionshaltung, Bahnanhebungen oder die Vermeidung von Kollisionen mit Weltraummüll und somit, die Investitionen der Betreiber aktiv zu schützen. Durch Aufrechterhaltung der Umlaufbahnposition und Verlängerung der Lebensdauer sorgt Delta v direkt für eine unterbrechungsfreie Betriebszeit und die nachhaltige Generierung von Einnahmen. „Mit weniger als 200 ml Treibstoff können unsere Systeme einen 10 bis 100 kg schweren Satelliten mehrere Jahre lang antreiben“, berichtet Plier. „Was unsere Technologie auszeichnet, ist ein radikaler ‚Plug-and-Play‘-Ansatz, der die Integration vereinfacht, ohne die Leistung zu beeinträchtigen“, erklärt Plier. „Das Triebwerk springt sofort an, ohne dass ein energieaufwendiges Vorwärmen erforderlich ist. Zudem ist sein Treibstoff ungiftig, inert, drucklos und wird vor Ort in Frankreich hergestellt, wodurch komplexe logistische und regulatorische Beschränkungen entfallen.“
Die nächste Generation von Elektrospray-Triebwerken bauen
ION-X schreitet mit voller Kraft voran. Nachdem 2026 rund zehn neue Triebwerke ausgeliefert wurden, nutzt das Team die Erkenntnisse aus seiner ersten Weltraumdemonstration, um ein Produkt der nächsten Generation zu entwickeln. Die Auslieferung des Produkts ist für Mitte 2027 geplant, wobei ab 2027 weitere Flugdemonstrationen mit optimierter Leistung vorgesehen sind.