Ionenantrieb
Ein Ionenantrieb ist ein Antrieb für Raumfahrzeuge, bei dem die Abstoßung von einem Ionenstrahl zur Fortbewegung genutzt wird. Es werden auch je nach Energiequelle die Begriffe solar-elektrischer Antrieb bzw. Solar Electric Propulsion (SEP) und nuklear-elektrischer Antrieb bzw. Nuclear Electric Propulsion (NEP) verwendet.
Der Ionenstrahl besteht aus einem elektrisch geladenen Gas (z.B. Xenon). Erzeugt wird der Ionenstrahl durch ionisierte Gasteilchen, die in einem elektrischen Feld oder mittels einer Kombination eines elektrischen Feldes und eines Magnetfeldes unter Ausnutzung des Hall-Effektes beschleunigt und dann in Form eines Strahls ausgestoßen werden. Die Energie zur Erzeugung der Felder wird üblicherweise mit Hilfe von Solarzellen gewonnen. Als Treibstoff des Ionenantriebs dient sowohl das Gas als auch die zusätzlich benötigte elektrische Energie.
Vergleichsweise bieten bisherige Ionenantriebe gegenüber konventionellen chemischen Triebwerken (Raketen) einen geringen Schub (vergleichbar mit der Kraft, die eine Postkarte auf eine Hand ausübt: 70 Millinewton, entspricht der Gewichtskraft von 7 Gramm). Die Gesamtmasse des Raumfahrzeugs muss deshalb so klein wie möglich gehalten werden (bei SMART-1 367 Kilogramm). Erst die neuesten Solarzellen liefern eine ausreichende Leistung (bei SMART-1 ca. 1300 Watt), um technisch umsetzbare Ionenantriebe zu versorgen.
Der Vorteil des Ionenantriebs gegenüber dem chemischen Antrieb liegt darin, dass er weniger Treibstoff verbraucht, weil die Geschwindigkeit der austretenden Teilchen wesentlich größer ist.
Das Prinzip des Ionenantriebs ist bereits seit den 1960er Jahren entwickelt worden. Erste Versuche nutzten Cäsium oder Quecksilberdampf als Treibstoff, wodurch metallische Bauteile rasch anfingen zu korrodieren. Erst als man anfing, das Edelgas Xenon als Treibstoff zu verwenden, bekam man dieses Problem in den Griff. Ein Prototyp eines RIT Triebwerks (Radiofrequency Ion Thruster) arbeitete erstmals 1992 auf dem europäischen Satelliten Eureka. Auch die Raumsonde Deep Space 1 besitzt ein Ionentriebwerk (NSTAR). Sie ist Teil des New Millennium Programms der NASA, in dem es mehr um das Testen neuer Technologien als um wissenschaftliche Erkenntnisse geht. 2002 startete die ESA den Satelliten Artemis, auf dem zwei neue Ionenantriebe, die sich in der Produktion der Xenonionen unterscheiden, zum Testen installiert sind. Beim Rita-Triebwerk erzeugen Radiofrequenzen die Ionen während im Kaufmann-Triebwerk das Gas durch eine Gleichstromentladung ionisiert wird. Um nach dem missglückten Start die letzten 5000 km bis zur geplanten geostationären Umlaufbahn zurücklegen zu können, musste das Ionentriebwerk, das ursprünglich nur zur Lagekorrektur gedacht war eingesetzt werden. Für diese Strecke brauchte der Satellit 18 Monate.
Siehe auch
- Rakete
- SMART-1
- Deep Space 1
- JIMO
- Magnetoplasmadynamischer Antrieb
- Magnethydrodynamischer Antrieb
- Xenon
Weblinks
- Ionenantrieb (dt.)
- Elektrische Antriebe in der Raumfahrt (dt.)
- ESA: Ionen treiben SMART-1 zum Mond (dt.)
- IRS - Hochfrequenz Ionentriebwerke (dt.)
- Plasma Propulsion in Space (engl.)