Kleinsatelliten mit Kleintriebwerk unterwegs
Am Projekt L-μPPT (Innovative liquid micro pulsed plasma thruster system for nanosatellites) arbeitende Wissenschaftler entwickelten einen Prototyp eines Minitriebwerks, das die Fähigkeiten der neuen Generation von Kleinsatelliten, der CubeSats, erweitert. Mit dem Einbau eines Antriebssystems wird die Vielfalt der mit diesen Nanosatelliten zu unternehmenden Missionen größer. CubeSats haben eine Größe von 10 Kubikzentimetern. Deshalb ist es eine wahre Herausforderung, mit ihrer Masse hauszuhalten. Den Versuch zu unternehmen, ein Antriebssystem in derartige Nanosatelliten zu integrieren, ist ein überaus ehrgeiziges Ziel. Die Vorteile von des On-Board-Antriebs zur Veränderung der Umlaufbahn oder sogar zum Fliegen zu weit entfernten Zielen, wofür derzeit größere Raumfahrzeuge erforderlich sind, überwiegen bei weitem jedoch die erhöhte Systemkomplexität und die Kosten. Aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und des geringen Gewichts zog man einen gepulsten Plasmaantrieb (Pulsed Plasma Thruster, PPT) als die am besten für Nanosatelliten geeignete Option in Betracht. Ein PPT wird mit einer Folge von Impulsen betrieben. Jeder Impuls ist eine Plasmaentladung, die sich durch den Treibstoff, typischerweise Teflon, bildet. Der Funke erodiert das Metall von den Elektroden, und elektromagnetische Felder beschleunigen die erodierte Masse aus den Düsen heraus, was den Schub ergibt. Das L-μPPT-Team ersetzte Teflonblöcke durch einen nicht toxischen Flüssigtreibstoff, so dass die Menge an zugeführtem Treibstoff streng kontrolliert werden kann. Die innerhalb eines PPT auftretenden physikalischen Mechanismen wurden auf einem Prüfstand analysiert, um die Effizienz zu bestimmen, mit der die gespeicherte Energie des Kondensators in Energie zur Beschleunigung des Plasmas umgewandelt wird. Die Antwort auf diese Frage ist der Schlüssel zur Verbesserung der Gestaltung des vollständig funktionsfähigen Prototyps mit einem Gewicht von 0,33 kg und 33 mm Höhe. Der erste Prototyp wurde unter Einsatz ausgereifter und kostengünstiger Technologien hergestellt, die aus dem Leiterplattenbereich übernommen wurden. Die L-μPPT-Wissenschaftler führten mehrere Vakuumkammertests durch, um den gezielten Impuls von mindestens 100 Newton pro Sekunde und die 3-Achsen-Lagesteuerung zu verifizieren. Das L-μPPT-System ist eines der ersten Antriebssysteme, die eine vollständige Achssteuerung bei Nanosatelliten schaffen. Ein aktives Antriebssystem im Orbit eröffnet neue Möglichkeiten für CubeSat-Missionen wie etwa Rendezvous- und Andockmanöver. Die beim Einsatz des neuen Flüssig-μPPTauf CubeSats gewonnenen Erfahrungen könnten dann maßstabsgetreu auf größere Missionen angepasst werden und auf diese Weise eine kostengünstige und massearme Lösung für zukünftige Unternehmungen darstellen.
Schlüsselbegriffe
gepulstes Plasmatriebwerk, Nanosatelliten, Cubesats, Antriebssystem, Teflon
