Bildnachweis: ESA
Die SMART-1-Mission der Europäischen Weltraumorganisation wird eine revolutionäre Ionen-Engine verwenden, um nach Beweisen zu suchen, dass der Mond nach einer gewaltsamen Kollision eines kleineren Planeten mit der Erde entstanden ist. Ein Ionenmotor beschleunigt ionisierte Gaspartikel monatelang oder sogar jahrelang in einem konstanten Strom. Obwohl der Schub sehr gering ist, ist er sehr effizient und erfordert einen Bruchteil des Treibstoffs, den herkömmliche Raketen verbrauchen.
Science-Fiction-Filmfans wissen, dass Sie, wenn Sie kurze Strecken von Ihrem Heimatplaneten zurücklegen möchten, einen Sublight-Ionenantrieb verwenden würden. Ist ein solches Ion jedoch eine Science-Fiction oder eine wissenschaftliche Tatsache?
Die Antwort liegt irgendwo dazwischen. Ionenmotoren stammen aus dem Jahr 1959. Zwei Ionenmotoren wurden sogar 1964 auf dem amerikanischen Satelliten SERT 1 getestet - einer war erfolgreich, der andere nicht.
Das Prinzip ist einfach konventionelle Physik - Sie nehmen ein Gas und ionisieren es, was bedeutet, dass Sie ihm eine elektrische Ladung geben. Dies erzeugt positiv geladene Gasionen zusammen mit Elektronen. Das ionisierte Gas passiert ein elektrisches Feld oder einen Schirm auf der Rückseite des Motors und die Ionen verlassen den Motor und erzeugen einen Schub in die entgegengesetzte Richtung.
Sehr sparsam
Ionenmotoren, die im nahen Vakuum des Weltraums arbeiten, schießen das Treibgas viel schneller aus als der Strahl einer chemischen Rakete. Sie liefern daher etwa zehnmal so viel Schub pro Kilogramm verbrauchtem Treibmittel, was sie sehr „kraftstoffsparend“ macht.
Obwohl sie effizient sind, sind Ionenmotoren Geräte mit sehr geringem Schub. Die Menge an Druck, die Sie für die Menge an verwendetem Treibmittel erhalten, ist sehr gut, aber sie drücken nicht sehr stark. Zum Beispiel könnten Astronauten sie niemals verwenden, um die Oberfläche eines Planeten abzunehmen. Sobald sie sich im Weltraum befinden, können sie sie jedoch zum Manövrieren verwenden, wenn sie es nicht eilig haben, schnell zu beschleunigen. Warum? Ionenantriebe können im Weltraum hohe Geschwindigkeiten erreichen, benötigen jedoch eine sehr lange Distanz, um sich im Laufe der Zeit auf solche Geschwindigkeiten aufzubauen.
Gemütlicher Vorteil
Ionenmotoren wirken gemächlich. Elektrische Pistolen beschleunigen die Ionen. Wenn die Energie für diese Beschleunigung von den Sonnenkollektoren des Raumfahrzeugs stammt, nennen die Wissenschaftler dies „solarelektrischen Antrieb“. Sonnenkollektoren der Größe, die normalerweise in aktuellen Raumfahrzeugen verwendet wird, können nur wenige Kilowatt Leistung liefern.
Ein solarbetriebener Ionenmotor konnte daher nicht mit dem großen Schub einer chemischen Rakete mithalten. Eine typische chemische Rakete brennt jedoch nur wenige Minuten, während ein Ionenmotor monatelang oder sogar jahrelang sanft weiterschieben kann - solange die Sonne scheint und die Versorgung mit Treibmittel anhält.
Ein weiterer Vorteil des sanften Schubes besteht darin, dass er eine sehr genaue Steuerung des Raumfahrzeugs ermöglicht, was sehr nützlich für wissenschaftliche Missionen ist, die eine hochpräzise Zielausrichtung erfordern.
Sicherstellung des Platzes der ESA im Weltraum
Die Ingenieure testeten zwischen 1998 und 2001 zum ersten Mal einen Ionenmotor als Hauptantriebssystem mit der Deep Space 1-Mission der NASA. Die SMART-1-Mission der ESA, die Ende August 2003 starten soll, wird zum Mond gehen und subtilere Operationen von demonstrieren die Art, die für zukünftige Fernmissionen benötigt wird. Diese werden zum ersten Mal solarelektrischen Antrieb mit Manövern kombinieren, die die Schwerkraft von Planeten und Monden nutzen.
SMART-1 wird die Unabhängigkeit Europas bei der Verwendung von Ionenantrieben gewährleisten. Andere weltraumwissenschaftliche Missionen werden voraussichtlich Ionenmotoren für komplexe Manöver in der Nähe der Erdumlaufbahn einsetzen. Zum Beispiel wird die ESA-Mission LISA Gravitationswellen aus dem fernen Universum erfassen. Die zukünftigen Missionen der ESA zu den Planeten werden auch Ionenmotoren verwenden, um sie auf ihren Weg zu schicken.
Jetzt wissenschaftliche Tatsache
Die heutigen Realitäten des solarelektrischen Antriebs entsprechen möglicherweise nicht der Filmmagie von Science-Fiction-Filmen, wenn Raumschiffe auf unseren Kinoleinwänden herumfliegen. Die Arbeit der ESA an SMART-1 und zukünftigen Missionen stellt jedoch sicher, dass Ionenantriebe heute mehr wissenschaftliche Fakten als Science-Fiction sind.
Originalquelle: ESA-Pressemitteilung
