Antriebstechnik für das Weltall Dresdner Technik: Ionentriebwerk und Sonnensegel für die Raumfahrt
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13. April 2021, 16:05 Uhr
Noch sind klassische Verbrenner-Triebwerke das A und O in der Raumfahrt. Aber Wissenschaftler aus Dresden arbeiten an Ionenstrahltriebwerken und Segeln aus High-Tech-Material, die die Kraft der Sonne nutzen.
Klassische Verbrenner sind mit ihrer enormen Schubkraft nach wie vor die erste Wahl für Starts von der Erde aus. Aber für die Steuerung von Satelliten und Raumschiffen im All sind andere Antriebe geeigneter. Ein Beispiel dafür sind zum Beispiel elektrische Antriebe wie die Ionenstrahltriebwerke, die an der TU Dresden entwickelt wurden.
Das Besondere an diesem Triebwerk: Es stammt aus einem 3-D-Drucker. Im Querschnittmodell dieses Aggregates aus Titan erkennt man feinste Kühlkanäle, die die Düsenspitze durchziehen. Professor Martin Tajmar vom Institut für Luft- und Raumfahrttechnik an der TU Dresden erklärt die Funktionsweise:
Mit dem 3-D-Druck können Sie zum Beispiel Kühlungskanäle sehr gut integrieren in ihr Design, die man sonst klassisch fast nicht herstellen oder nur sehr aufwändig herstellen kann.
Um ein solches Ionenstrahltriebwerk unter Weltraumbedingungen testen zu können, wird in Dresden eine große Vakuumkammer benutzt.
Eine Kammer dieser Größe ist schon etwas Besonderes. Sie können hier zum Beispiel mit einem Astronautenanzug hineinspazieren. Man braucht eine gewisse Größe, damit wir Raumfahrtantriebe testen können.
Nach Aufbau des Vakuums und Inbetriebnahme des Triebwerks zeigt es sein typisches Leuchten. Es entsteht durch das ionisierte Edelgas Krypton, das als Treibstoff dient. Das Krypton wird ins Triebwerk geleitet und dort elektrisch aufgeladen. Die dabei entstehenden positiven Gasionen werden in einem elektrischen Feld beschleunigt und verlassen mit hoher Geschwindigkeit das Triebwerk. Der dabei entstehende Schub ist zwar wesentlich geringer als bei klassischen Verbrennungstriebwerken, aber für einen Satelliten im Orbit reicht er trotzdem aus, sagt Raumfahrttechniker Professor Martin Tajmar. Wenn man im Orbit eine Bahn korrigieren, oder ausrichten will, macht man das heute mit elektrischen Antrieben und zwar aus mehreren Gründen:
Sie brauchen wesentlich weniger Treibstoff. Sie sind effizienter. Sie können auch sehr viel genauer arbeiten. Sie können extrem genaue Ausrichtungsmanöver machen.
Sonnensegel, die Energie für künftige Raumschiffe sammeln
An der TU Dresden wird aber mit einem Laserversuch auch ein völlig anderes Antriebskonzept getestet. Sonnensegel sollen das Surfen künftiger Raumschiffe allein durch die Lichtkraft der Sonne ermöglichen. Dreht dabei das Flugobjekt seine volle Segelfläche ins Licht, treibt das Raumschiff von der Sonne weg. Dreht es sich so, dass wenig Licht auf die Segelfläche trifft, überwiegt die Anziehungskraft der Sonne, so dass sich der Raumkörper dem Zentralgestirn nähert. Navigieren im Sonnensystem ohne Treibstoff, dafür aber mit bestenfalls quadratkilometer-großen Segelflächen, sagt Professor Martin Tajmar, und zwar aus einem extrem leichten Werkstoff, der sich auseinanderfalten lassen muss. Dafür ist ein spezielles Segelmaterial entwickelt worden, das bereits getestet wird.
(jm)
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