Mit traditionellen chemischen Raketen dauert eine Reise zum Mars - am schnellsten - 6 Monate. Die Ad Astra Rocket Company testete eine Plasma-Rakete namens VASIMR VX-200, die in einer Vakuumkammer mit 201 Kilowatt lief und zum ersten Mal die 200-Kilowatt-Marke überschritt. "Es ist derzeit die leistungsstärkste Plasma-Rakete der Welt", sagt Franklin Chang-Diaz, ehemaliger NASA-Astronaut und CEO von Ad Astra. Das Unternehmen hat außerdem eine Vereinbarung mit der NASA über den Test eines 200-Kilowatt-VASIMR-Motors auf der Internationalen Raumstation im Jahr 2013 unterzeichnet.
Die Tests auf der ISS würden der Raumstation periodische Boosts verleihen, deren Höhe aufgrund des Luftwiderstands allmählich abnimmt. ISS-Boosts werden derzeit von Raumfahrzeugen mit konventionellen Triebwerken bereitgestellt, die etwa 7,5 Tonnen Treibmittel pro Jahr verbrauchen. Durch die Reduzierung dieser Menge auf 0,3 Tonnen schätzt Chang-Diaz, dass VASIMR der NASA jährlich Millionen von Dollar einsparen könnte.
Der Test letzte Woche war das erste Mal, dass ein kleiner Prototyp des VASIMR-Raketentriebwerks (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) des Unternehmens bei voller Leistung demonstriert wurde.
Plasma- oder Ionenmotoren verwenden Radiowellen, um Gase wie Wasserstoff, Argon und Neon zu erhitzen und heißes Plasma zu erzeugen. Magnetfelder drücken das geladene Plasma aus dem Heck des Motors und erzeugen einen Schub in die entgegengesetzte Richtung.
Sie liefern zu einem bestimmten Zeitpunkt viel weniger Schub als chemische Raketen, was bedeutet, dass sie sich nicht alleine von der Schwerkraft der Erde befreien können. Außerdem arbeiten Ionenmotoren nur im Vakuum. Aber sobald sie im Weltraum sind, können sie jahrelang einen kontinuierlichen Schub geben, wie der Wind, der ein Segelboot drückt und allmählich beschleunigt, bis sich das Fahrzeug schneller bewegt als chemische Raketen. Sie produzieren nur ein Pfund Schub, aber im Weltraum reicht das aus, um 2 Tonnen Fracht zu bewegen.
Aufgrund der möglichen hohen Geschwindigkeit wird weniger Kraftstoff benötigt als bei herkömmlichen Motoren.
Derzeit nutzt das Raumschiff Dawn auf dem Weg zu den Asteroiden Ceres und Vesta Ionenantriebe, die es ihm ermöglichen, Vesta zu umkreisen, dann abzureisen und nach Ceres zu fahren. Dies ist mit herkömmlichen Raketen nicht möglich. Darüber hinaus haben Ionen-Triebwerke im Weltraum eine zehnfache Geschwindigkeit wie chemische Raketen.
Der Raketenschub wird in Newton gemessen (1 Newton entspricht etwa 1/4 Pfund). Ein spezifischer Impuls beschreibt die Effizienz von Raketentriebwerken und wird in Zeit (Sekunden) gemessen. Es repräsentiert den Impuls (Impulsänderung) pro Treibmitteleinheit. Je höher der spezifische Impuls ist, desto weniger Treibmittel wird benötigt, um einen bestimmten Impuls zu erhalten.
Die Motoren von Dawn haben einen spezifischen Impuls von 3100 Sekunden und einen Schub von 90 mNewton. Eine chemische Rakete auf einem Raumschiff kann einen Schub von bis zu 500 Newton und einen spezifischen Impuls von weniger als 1000 Sekunden haben.
Der VASIMR hat 4 Newton Schub (0,9 Pfund) mit einem spezifischen Impuls von etwa 6.000 Sekunden.
Der VASIMR verfügt über zwei weitere wichtige Merkmale, die ihn von anderen Plasmaantriebssystemen unterscheiden. Es kann die Abgasparameter (Schub und spezifischer Impuls) variieren, um die Missionsanforderungen optimal zu erfüllen. Dies führt zu der niedrigsten Auslösezeit mit der höchsten Nutzlast für eine gegebene Kraftstofflast.
Darüber hinaus hat VASIMR keine physikalischen Elektroden in Kontakt mit dem Plasma, was die Lebensdauer des Motors verlängert und eine höhere Leistungsdichte als bei anderen Konstruktionen ermöglicht.
Um in 39 Tagen zum Mars zu gelangen, müsste ein 10- bis 20-Megawatt-VASIMR-Motor-Ionen-Motor mit Atomkraft gekoppelt werden, um die menschlichen Transitzeiten zwischen Planeten drastisch zu verkürzen. Je kürzer die Reise, desto weniger Zeit würden Astronauten der Weltraumstrahlung ausgesetzt sein, und eine Mikrogravitationsumgebung, die beide erhebliche Hürden für Mars-Missionen darstellen.
Der Motor würde arbeiten, indem er während der ersten Hälfte des Fluges kontinuierlich feuerte, um zu beschleunigen, und sich dann drehte, um das Raumschiff für die zweite Hälfte zu verlangsamen. Darüber hinaus könnte VASIMR einen Abbruch zur Erde ermöglichen, wenn in den frühen Phasen der Mission Probleme auftreten, die konventionellen Motoren nicht zur Verfügung stehen.
VASIMR könnte auch angepasst werden, um die hohen Nutzlasten von Robotermissionen zu bewältigen und Frachtmissionen mit einem sehr großen Nutzlastmassenanteil anzutreiben. Auslösezeiten und Nutzlastmasse sind aufgrund ihres inhärent niedrigen spezifischen Impulses wesentliche Einschränkungen herkömmlicher und nuklearer Thermoraketen.
Chang-Diaz arbeitet seit 1979 an der Entwicklung des VASIMR-Konzepts, bevor er 2005 Ad Astra gründete, um das Projekt weiterzuentwickeln.
Quelle: PhysOrg
