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High Power Electric propulsion: a Roadmap for the future

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Elektrische Antriebstechnologien für alle Systeme

Ein EU-finanziertes Projekt hat einen langfristigen Plan für den Bereich des europäischen Raumtransports und der Weltraumerkundung eingestellt. Hauptziel war die Konsolidierung von Forschungsinitiativen im Zusammenhang mit elektrischer Antriebstechnik und den damit verbundenen Technologien zur Stromerzeugung.

Industrielle Technologien

Angesichts der besonderen Umgebungsbedingungen im Weltraum, der extremen Temperaturen, des Vakuums, der Strahlung usw., müssen zu seiner Erforschung verschiedene grundlegende "Bausteine" vorhanden sein. Dazu zählen der zuverlässige und kostengünstige Zugang zum Weltraum von der Erde aus, robuste Raumfahrzeuge, die Abschirmung von kosmischer Strahlung und Sonneneruptionen, die Stromerzeugung sowie effiziente und zuverlässige Antriebssysteme. Das Projekt "High power electric propulsion: A roadmap for the future" (HIPER) hatte die letzten beiden Punkte zum Ziel und arbeitete an der Konzipierung eines Fahrplans für die Zukunft der Erkundung des Weltalls und des Raumtransports. Diese Aktivitäten werden von den technischen Fortschritten in den elektrischen Antriebstechnologien sowie den damit verbundenen Fortschritten in der Stromerzeugung im Weltraum profitieren. Das interdisziplinäre HIPER-Team aus 20 Partnern aus sechs EU-Ländern vereinte Spezialisten für elektrische Antriebstechnologien und Stromerzeugung im Weltraum. Vor dem Hintergrund des vorhandenen Fachwissens und Erfahrungsschatzes entschieden sich die Projektpartner dafür, nur drei verschiedene elektrische Antriebssysteme und die damit zusammenhängende Hochleistungs-Stromerzeugung in den Mittelpunkt zu rücken. Diese Entscheidung wurde auch durch die spezifischen Vorteile der elektrischen Antriebstechnologie im Vergleich zum herkömmlichen chemischen Antrieb (d. h. Raketentriebwerken) gerechtfertigt. Die speziellen topmodernen Impulskapazitäten und die damit verbundene Gesamteffizienz sind bei elektrischen Antriebssystemen mindestens eine Größenordnung höher als für den chemischen Antrieb. Das bedeutet letztlich, dass durch den Einsatz elektrischer Antriebssysteme gewaltige Einsparungen an Treibstoff erzielt werden können. Andererseits erfordert ein chemischer Antrieb weniger elektrischen Strom als ein elektrisches Antriebssystem und er zeigt hinsichtlich der Schub-und Transferzeit eine bessere Leistung. HIPER sollte diese Lücken überbrücken und die elektrischen Antriebssysteme für jede Art von Weltraummission optimieren. Die Aufteilung der Projektarbeit in fünf Hauptbereiche beinhaltete Missionsanalyse, Antriebssystemanforderungen und -empfehlungen, Stromerzeugung im All, die Entwicklung des Hochleistungs-Halleffekt-Triebwerks, die Entwicklung des gerasterten Hochleistungs-Ionentriebwerks und die Entwicklung eines magnetoplasmadynamischen Antriebs (magnetoplasmadynamic thruster, MPDT). Neben technischen Fortschritten berücksichtigte das Projektteam auch die großen technologischen Anstrengungen im Rahmen politischer und gesellschaftlicher Szenarien, und das sowohl in Bezug auf die europäischen Staaten als auch die außereuropäischen Partner. In diesem Sinne wurden Gespräche und Treffen mit der National Aeronautics and Space Administration (NASA) und weiteren großen amerikanischen Einrichtungen abgehalten, um gemeinsam von Projektresultaten zu profitieren und zukünftige Roadmaps zu harmonisieren. Hierbei handelt es sich um eine Frage von wahrhaft strategischer Bedeutung. Im Ergebnis dessen kam eine große Gruppe von Forschungszentren, Universitäten, Privatunternehmen und Firmen erstmals zusammen, um aktiv die Schritte zu diskutieren, die gegangen werden müssen, um einen Fahrplan für die zukünftige Entwicklung und Ausnutzung der elektrischen Hochleistungsantriebe zu definieren. Die Bemühungen im Rahmen des Projekts erwiesen sich als äußerst erfolgreich und mündeten in einer fruchtbaren Zusammenarbeit zwischen allen beteiligten Partnern. Der HIPER-Ansatz verspricht die Bereitstellung eines Wegs zur erfolgreichen und allumfassenden Nutzung von elektrischen Hochleistungs-Antriebssystemen im Weltraum. Aus ökonomischer Perspektive werden mit den Anwendungen der elektrischen Hochleistungs-Antriebstechnik die Gesamtmissionskosten stark reduziert. Dies gilt gleichermaßen für den Zugang zum Weltraum durch den stark gesenkten Treibstoffverbrauch für den Transfer in erdnahe Umlaufbahnen, interplanetare Reisen, das Anheben von Umlaufbahnen und die Steuerung von Raumfahrzeugumlaufbahnen.

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