Elektroantriebe im Weltraum: das künftige Ökosystem der EU-Raumfahrt fördern
In den vergangenen zehn Jahren haben die Fortschritte in der Mikroelektronik und die verringerten Startkosten dazu geführt, dass immer mehr Satelliten in die Erdumlaufbahn gebracht werden. Zehntausende Satelliten sollen in den kommenden Jahren gestartet werden, um die Erdbeobachtung, Navigation und Kommunikation zu verbessern. Derzeit befinden sich mehr als 5 000 Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn und umkreisen unseren Planeten in einer Höhe von 200 bis 1 600 km. Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn unterliegen jedoch einem Bahnabstieg, bei dem ihr Abstand zur Erde allmählich abnimmt, wodurch ein effizientes Antriebssystem mit geringem Schub für die Aufrechterhaltung der Erdumlaufbahn erforderlich ist. Der Elektroantrieb stellt eine revolutionäre, leichte und hocheffiziente Technologie dar, die in einzigartiger Weise geeignet ist, Satelliten in ihrer niedrigen Erdumlaufbahn zu halten. Bei dieser Klasse von Raumfahrtantrieben wird elektrische Energie eingesetzt, um einen Treibstoff durch verschiedene elektrische und/oder magnetische Mittel zu beschleunigen. Der Einsatz von elektrischer Energie erhöht die Leistung von Satellitenantrieben im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Antrieben. Im Gegensatz zu chemischen Systemen benötigt ein Elektroantrieb nur sehr wenig Masse, um ein Raumfahrzeug zu beschleunigen. Der Treibstoff wird bis zu 20 Mal schneller ausgestoßen als bei einem klassischen chemischen Triebwerk,womit das Gesamtsystem um ein Vielfaches effizienter ist. Dieser Aspekt ist besonders wichtig für Raumfahrzeuge, die für Raumfahrtanwendungen und Transportmissionen in der Erdumlaufbahn vorgesehen sind. Leistungsstarke Elektroantriebssysteme könnten auch bei Missionen zum Mond, zum Mars und zum Asteroidengürtel zum Einsatz kommen, da ihre höhere Leistung im Vergleich zu chemischen Treibstoffen oder Solarenergie aus Bordpaneelen zu höheren Schubwerten führt. Der Elektroantrieb ist eine grundlegende und strategische Technologie für das künftige Ökosystem der EU-Raumfahrt und für die Sicherung der weltweiten Führungsposition Europas in den Bereichen Raumfahrtbetrieb und Weltraumtransport. Seine Entwicklung wird auch die Abhängigkeit Europas von ausländischen Lieferanten kritischer Raumfahrttechnologien verringern und einen unabhängigen Zugang zum Weltraum sicherstellen. In diesem CORDIS Results Pack werden die wichtigsten Ergebnisse von 12 EU-finanzierten Horizont-Forschungsprojekten innerhalb des Strategischen Forschungsclusters zu Elektroantrieben vorgestellt. Der strategische Forschungscluster stärkte die europäische Forschung an Elektroantrieben in zwei sich ergänzenden Bereichen der Technologieentwicklung. Im Mittelpunkt des ersten standen inkrementelle Technologien wie Halleffekt-Antriebe, Gitterionenantriebe und hocheffiziente mehrstufige Plasmaantriebe. Der zweite befasste sich mit anderen vielversprechenden und potenziell bahnbrechenden Technologien im Bereich der Elektroantriebe, darunter innovative Antriebskonzepte und neue unterstützende Technologien. Im Rahmen des Projekts EPIC2 wurden Maßnahmen zur Bewältigung von Forschungsproblemen ermittelt und die Aktivitäten und Ergebnisse der Projekte bewertet. CHEOPS LOW POWER, CHEOPS MEDIUM POWER und ASPIRE haben Elektroantriebssysteme entwickelt, die auf der Halleffekt-Technologie basieren, die Ionen effizient beschleunigt, um einen hohen Schub zu erzeugen. GIESEPP-MP demonstrierte die erste europäische standardisierte Plug-and-Play-Plattform für Gitterionenantriebe. HEMPT-NG2 erschloss eine Ionenantriebstechnologie, die auf der Verwendung von Permanentmagneten zur Plasmaeinschließung beruht. Zu den weiteren vielversprechenden und potenziell bahnbrechenden Konzepten im Bereich Elektroantrieb gehörten innovative Antriebskonzepte und neue unterstützende Technologien. HIPATIA testete ein elektromagnetisches Plasmaantriebssystem für den Einsatz in nicht geostationären Satelliten und anderen kleinen Raumfahrzeugen. NEMESIS nutzte eine Kathodentechnologie auf Elektrodenbasis mit besseren Eigenschaften als herkömmliche Keramiken. iFACT prüfte unterdessen die Verwendung von Jod als Treibstoff für Elektroantriebe, um die Treibstoffkosten und das Treibstoffvolumen zu verringern. PJP entwarf einen gepulsten Elektroantrieb, der auf der Vakuumlichtbogenphysik aufbaut und einen Festmetalltreibstoff verwendet. EDDA testete, wie Solaranlagen an Bord die Triebwerke mit Strom versorgen können, ohne dass ein Stromumwandler erforderlich ist. AETHER konzentrierte sich auf die luftatmende Technologie, bei der Restgase der oberen Atmosphäre als Treibstoff anstelle von bordseitigem Treibstoff verwendet werden, sodass Satelliten in einer sehr niedrigen Erdumlaufbahn länger in Betrieb bleiben können und kostengünstiger werden.
