Lange Reise

7. August 2003, 13:40
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Mit "Elektroantrieb" auf zum Erdtrabanten

Wien - Während die Apollo-Missionen vor rund 30 Jahren in drei bis vier Tagen von der Erde zum Mond reisten, wird die erste europäische Mond-Sonde SMART-1 16 Monate bis zum Erdtrabanten benötigen. "Schuld" an der langen Reisedauer ist der erstmals von der Europäischen Weltraumagentur ESA als Haupttriebwerk eingesetzte Elektro-Antrieb, der zwar nur geringe Schubkraft entwickelt, dafür aber extrem wenig Treibstoff benötigt.

Dieses so genannte Ionen-Triebwerk ist das Herzstück des Projekts, der neuartige Raketenmotor soll getestet und für künftige Raumflüge qualifiziert werden. So ist geplant, etwa die europäische Sonde "Bepi-Colombo" mit Ionen-Kraft zum Merkur zu beschleunigen. An den Tests ist an entscheidender Stelle der Seibersdorfer Wissenschafter Martin Tajmar beteiligt, der seit längerem in den Austrian Research Centers (ARC) Ionen-Triebwerke entwickelt.

Geringer Treibstoffverbrauch

"Der riesige Vorteil des Ionen-Antriebs ist sein geringer Treibstoffverbrauch", erklärte Tajmar im Gespräch mit der APA. Er benötigt im Vergleich zu herkömmlichen, chemischen Verbrennungstriebwerken, die meist eine Mischung aus Sauerstoff und Wasserstoff verbrennen, nur rund ein Zehntel des Treibstoffs. Dies sei vor allem für interplanetare Raum-Sonden entscheidend, bei denen bis zu 80 Prozent der Masse aus Treibstoff besteht.

Je weniger Kraftstoff man mitführen muss, desto mehr Nutzlast, etwa wissenschaftliche Instrumente, kann man auf die Sonde packen. Interessant ist dies aber auch beispielsweise für Telekommunikations-Satelliten, bei denen für ihre Bahn- und Lagestabilisierung ebenfalls rund die Hälfte der Masse aus Treibstoff besteht. Auch sie könnten - ausgerüstet mit einem Ionen-Triebwerk - weniger Treibstoff und dafür mehr Nutzlast mit sich führen.

Vor über dreißig Jahren entwickelt

Entwickelt wurde der Ionen-Antrieb bereits vor über 30 Jahren. Bisher wurde er allerdings ausschließlich zur Lagestabilisierung von Satelliten eingesetzt, wofür man nur wenig Schubkraft benötigt. Die einzige interplanetare Mission, die bisher auf den Elektro-Antrieb gesetzt hat, ist die 1998 gestartete NASA-Sonde Deep Space-1.

Für die neue Antriebs-Technologie wird einerseits Strom benötigt, der von den Solar-Paneelen erzeugt wird. 1,5 Kilowatt verbraucht das Triebwerk auf SMART-1, etwa doppelt so viel wie ein Staubsauger, wie Tajmar vergleicht. Zudem ist als Treibstoff das Edelgas Xenon notwendig. Im Triebwerk werden Elektronen erzeugt, die mit Xenon-Atomen kollidieren. Dabei entstehen positiv geladenen Xenon-Ionen, die durch ein elektrisches Feld auf eine Geschwindigkeit von bis zu 20 Kilometer pro Sekunde beschleunigt werden. Der Ionenstrahl erzeugt den nötigen Rückstoß um die Sonde vergleichsweise langsam aber kontinuierlich anzutreiben.

Sorge um Solarzellen

"Die Schubkraft ist im Vergleich zu einem chemischen Antrieb viel geringer, dafür kann man ein solches Triebwerk jahrelang laufen lassen", betonte Tajmar. Noch unklar ist, wie sich der neue Antrieb mit dem Satelliten verträgt. Denn aus den Düsen verirren sich gar nicht so wenige geladene und ungeladene Teilchen, die Teile des Satelliten bombardieren und dadurch auf Dauer Schäden verursachen können. Sorgen machen sich die Forscher vor allem um die riesigen Solarzellen.

Tajmar ist an dem SMART-1-Experiment EPDP an führender Stelle - als so genannter Co-Investigator - beteiligt, mit dem der Betrieb des Ionen-Triebwerks und dessen Auswirkungen auf die Raumsonde untersucht werden soll. Der Seibersdorfer Wissenschafter hat dazu ein Simulationsprogramm entwickelt, mit dem im Prinzip die Bahn jedes im Triebwerk erzeugten Teilchens verfolgt und damit in Folge mögliche Schäden an der Sonde nachvollzogen werden können. Mit den von SMART-1 gelieferten Messdaten soll nun überprüft werden, ob die Simulaltion mit den tatsächlichen Vorgängen im und um das Raumschiff übereinstimmt. (APA)

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