• Sven Piper

Raumfahrtantriebe

Aktualisiert: 27. März 2019


Ionenantrieb (Copyright NASA)

Konventionelle Antriebe funktionieren nach Newtons dritter Bewegungsgleichung (Actio=Reactio). Dabei treibt sich die Rakete selber an, in dem sie Material in eine Richtung ausstößt und dadurch in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt wird. Bei chemischen Raketenantrieben wird fester oder flüssiger Treibstoffe verbrannt. Meist wird als Oxidator flüssiger Sauerstoff und als Brennstoff flüssiger Wasserstoff eingesetzt. Sie werden getrennt voneinander in großen voluminösen Tanks aufbewahrt und erst in der Brennkammer zusammengeführt. Bei der Verbrennung entsteht neben großer Hitze auch ein großer Druck, welcher über eine Düse für die Beschleunigung verantwortlich ist. Konventionelle Antriebe gelten als nicht besonders effizient, da zum einen eine große Treibstoffmenge gebraucht wird und zum anderen die erreichbare Höchstgeschwindigkeit relativ klein ist. Besonders die Menge und das Gewicht des Treibstoffes werden als Hindernis angesehen, deswegen wird nach billigeren Alternativen gesucht.


Nuklear-thermischer Antrieb


Flüssiger Wasserstoff wird durch einen Kern geleitet und dabei erhitzt. Dabei entstehen Temperaturen von bis zu 2500°C. Anschließend wird der Wasserstoff durch eine Düse ausgestoßen. Dieser Antrieb erzeugt einen mehr als doppelt so hohen Impuls pro Kilogramm als die besten chemischen Antriebe. Wegen öffentlichen Widerstandes gegen atomare Antriebe in der Raumfahrt wird aber gegenwärtig nicht mehr an diesem Antrieb geforscht.


Ionenantrieb (Solar Electric Propulsion)


Die erste Raumfahrt-Mission, die ein Ionentriebwerk verwendet hat, war 1999 die NASA Sonde Deep Space 1. Als Treibstoff beim Ionentriebwerk wird das schwere Edelgas Xenon verwendet, das in einem kleinen Tank mitgeführt wird. Das Gas wird durch Beschuss mit Elektronen zunächst ionisiert, dann elektrostatisch beschleunigt und durch eine Düse mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen, dadurch wird das Objekt nach vorne beschleunigt. Das Triebwerk, das sich stufenlos drosseln lässt, liefert einen Schub von 20 mN bis 92 mN. Im Gegensatz zu herkömmlichen chemischen Triebwerken ist dieser Schub gering, doch hat das Ionentriebwerk einen höheren Wirkungsgrad und benötigt wesentlich weniger Treibstoff. Ein weiterer Vorteil des Ionentriebwerks ist seine überproportionale Beschleunigung, die es auf "langen" Strecken zum idealen Antrieb macht, wenn der Faktor Zeit keine Rolle spielt.


Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket (VASIMR)


VASIMR ist ein spezieller Plasmaantrieb der vom ehemaligen NASA Astronauten und pensionierten Direktor des Advanced Space Propulsion Laboratory des Johnson Space Center, Franklin Chang Díaz, seit 1977 entwickelt wird. Dieser benutzt Radiowellen um den Treibstoff (Wasserstoff) zu ionisieren und aufzuheizen. Dieses Plasma wird dann von starken Magneten beschleunigt, wodurch eine hohe Schubkraft entsteht.


Durch diesen Antrieb könnte sich die Reisezeit zum Mars drastisch verkürzen und auch ein anderes Problem der bemannten Raumfahrt elegant gelöst werden. Denn die starken Magnetfelder würden die Besatzung auch gegen die gefährliche kosmische Strahlung schützen.


Im All getestet werden sollte dieser Antrieb an der ISS. Weitergehende Tests wurde allerdings zugunsten einer Weiterentwicklung zurückgestellt. Ein Problem ist nach wie vor der hohe Energiebedarf der hunderte von Kilowatts erfordert.


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Anmerkung: Mehr zu diesem Thema erfahren sie in meinem Buch "Space - Die Zukunft liegt im All" (2019), im Kapitel "Antriebssysteme".


#Raumfahrt #Antriebe #Ionenantrieb


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von Sven Piper

© 2019 astris

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