Auf dem Weg zum Plasmaantrieb der nächsten Generation
Ionentriebwerke verwenden elektrischen Strom, um geladene Teilchen des Brennstoffs, gewöhnlich Xenongas, zu erzeugen, und sie auf extrem hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen. Die Abgasgeschwindigkeit von herkömmlichen Raketentriebwerken ist abhängig von der chemischen Energie, die in den Molekularbindungen des Kraftstoffs gespeichert ist. Dagegen sind Ionentriebwerke im Prinzip auf den Strom, der auf dem Raumfahrzeug zur Verfügung steht, beschränkt, in der Praxis aber sehr viel effizienter als chemische Antriebe. Insbesondere Helikon-Triebwerke gelten als Pioniertechnik für Ionenantriebssysteme. Sie arbeiten mit einer Vielzahl von Treibmitteln und haben eine längere Lebenszeit im Vergleich zu herkömmlichen Triebwerken. Wissenschaftler initiierten das Projekt HPH.COM (Heliconplasmahydrazine.COmbinedMicro) um ein neues Plasmatriebwerk auf der Basis von Helikon-Radiofrequenztechnologie zu entwerfen. Unterstützt von der EU untersuchten die Forscher deren Anwendung für einen Mini-Satelliten, um eine kostengünstige Demonstrationsmission zu ermöglichen. Ihre Machbarkeitsstudie umfasste auch die mögliche Entwicklung eines kombinierten Two-Mode-Triebwerks sowohl für die Lage- als auch die Bahnregelung. Kombiniert wurden ein hocheffizienter Plasma-Modus mit geringer Schubleistung und eine Hydrazin-Modus mit hoher Schubkraft und niedrigem Wirkungsgrad. Zu diesem Zweck entwickelten die HPH.COM-Partner spezielle Plasmasimulationstools für die detaillierte Untersuchung komplexer physikalischer Phänomene. Die numerischen Modelle sowie intensive Experimente führten zu einer innovativen Helikon-Technik mit deutlich höherer Ionisationseffizienz im Vergleich zu herkömmlichen Helikon-Plasmaquellen. Das Entwicklungsmodell der Triebwerke wurde in drei separaten Laboren getestet, um die Entwicklungszeit zu verkürzen. Schließlich wurde ein Mock-Up eines Mini-Satelliten entworfen und hergestellt, um die Machbarkeit der neuen Technologie, die im Flug demonstriert wird, zu beweisen. Von der Struktur her ist er modular aufgebaut, einfach zu montieren und zu demontieren und lässt sich auf jede Trägerrakete anpassen. Durch die lange Lebensdauer und die Fähigkeit, mit einer Vielzahl von Gasen betrieben zu werden, sollte die HPH.COM-Technologie für eine Vielzahl von Raummissionen attraktiv sein, auch für Erdbeobachtung und Telekommunikation. Durch die Vereinigung von hoher Effizienz mit niedrigen Kosten soll das neue Plasmatriebwerk die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Raumfahrtindustrie steigern.
Schlüsselbegriffe
Plasmatriebwerke, Raketentriebwerke, Ionentriebwerke, Raumfahrzeug, Xenon-Gas, Helikon-Triebwerke
