ESA-Mondmission SMART-1: Ionenantrieb bewährt

25. Juli 2006, 17:21
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Strom als Energiequelle anstatt riesiger Treibstoffmengen - Sonde soll am 3. September kontrolliert am Mond zum Absturz gebracht werden

Wien - Mit der Mondmission SMART-1 geht auch für Martin Tajmar von den Austrian Research Centers (ARC) ein erfolgreiches Projekt zu Ende. Die ESA-Sonde soll am 3. September auf dem Mond kontrolliert - und von der Erde aus sichtbar - zum Absturz gebracht werden. Tajmar hat den so genannten Ionen-Antrieb von SMART-1 entscheidend mitentwickelt. Der Start war im September 2003, seit November 2004 umkreist der Satellit den Mond.

Vorteil

Diese innovative Art von Raketenantrieb stand auch im Mittelpunkt der Mission, so der Wissenschafter. Das Ionen-Triebwerk ist einer der Kandidaten für einen bemannten Marsflug. Es ist vergleichsweise schwach hat aber entscheidende Vorteile. Anstatt riesiger Treibstoffmengen wird Strom als Energiequelle benutzt, für kleine Sonden reichen Batterien und Solarzellen.

Mögliche Störfaktoren

Im Laufe des Projekts führten Tajmar und seine Kollegen zahlreiche Tests und Experimente rund um den Ionen-Motor durch. Als Schwachpunkt stellte sich heraus, dass es zwischen dem ausgesandten Ionenstrahl und den Solarzellen zu Wechselwirkungen kommt, welche empfindliche wissenschaftliche Versuche stören würden.

Ein weiteres Problem ist, dass es durch Aufladungen beim Rendezvous mit einem anderen Raumschiff zu einem Überschlag in Form eines mehr oder weniger starken Blitzes kommen könnte. Damit wären Instrumente gefährdet. Doch die Forscher haben bereits Konzepte, wie die Sache in den Griff zu bekommen ist. So könnten in Zukunft etwa neuralgische Punkte bei den Solarzellen speziell beschichtet und damit isoliert werden, berichtete Tajmar.

Erwägung für bemannten Raumflug - in Jahrzehnten

Für SMART-1 zum Mond reichte ein sehr schwacher Antrieb mit etwa 1,5 Kilowatt, vergleichbar etwa mit einem Heizlüfter. Um damit zum Mars fliegen zu können, müsste das Ionen-Triebwerk um Größenklassen leistungsfähiger sein und etwa ein Giga-Watt leisten. Als Energiequelle müsste ein kleiner Atom-Reaktor an Bord sein, Solarzellen reichen für eine Reise zum Mars bei weitem nicht aus. Tajmar glaubt, dass die Kombination Atom-Strom und Ionen-Triebwerk "ein ausgezeichnetes Konzept" für einen bemannten Marsflug wäre.

Der Experte glaubt dennoch nicht, dass eine derartige Mission "vor 20 Jahren" ins Haus steht. Beschleunigen könnte die Sache das Engagement Chinas. "Kommt es zu einem ähnlichen Prestige-Wettlauf zwischen den USA und China wie seinerzeit um die Mondlandung zwischen den USA und der Sowjetunion, ist vieles möglich", ist Tajmar überzeugt.

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Mit spektakulären, Feuer speienden Raketentriebwerken hat der so genannte Ionen-Antrieb nichts gemeinsam. Genau genommen handelt es sich um einen Elektroantrieb, der erst im Weltraum einsetzbar ist. Es wird Strom benötigt, der von Solar-Paneelen oder etwa einem kleinen Atom-Reaktor an Bord eines Raumschiffs erzeugt wird.

Im Triebwerk werden Atome - etwa des Edelgases Xenon - ionisiert und anschließend die geladenen Teilchen durch ein elektrisches Feld auf eine Geschwindigkeit von bis zu 20 Kilometer pro Sekunde beschleunigt. Der Ionenstrahl, der vom Raumfahrzeug weg geleitet wird, erzeugt den nötigen Rückstoß für eine kontinuierliche Beschleunigung.

Weniger Kraftstoff, mehr Nutzlast

Die Schubkraft ist im Vergleich zu einem chemischen Raketen-Antrieb gering, dafür kann ein solches Triebwerk jahrelang laufen und ein Raumfahrzeug durch den luftleeren Raum beständig antreiben. Der größte Vorzug des Antriebs ist der geringe Treibstoffverbrauch. Er benötigt im Vergleich zu Verbrennungstriebwerken nur rund ein Zehntel des Treibstoffs. Dies könnte in Zukunft vor allem für interplanetare Raum-Sonden entscheidend sein, bei denen bis zu 80 Prozent der mitgeführten Masse aus Treibstoff besteht. Je weniger Kraftstoff man mitführen muss, desto mehr Nutzlast, etwa wissenschaftliche Instrumente, kann man auf die Sonde packen.

Eine Kinderkrankheit des Systems ist die Aufladung. So verändert sich das elektrische Potenzial während des Betriebes. Vor allem die Stellung der Solarzellen hat einen nicht zu unterschätzenden Einfluss auf den Antrieb, indem sie die beschleunigten Teilchen ein wenig anziehen. Im Verlaufe der ESA-Mondmission SMART-1 haben Wissenschafter Konzepte entwickelt, wie dem Problem gegengesteuert werden kann. (APA)

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