Mit Ionenantrieb zu den Anfängen unseres Sonnensystems - im September vergangenen Jahres hob eine Delta-II-Rakete vom US-Weltraumbahnhof Cape Canaveral ab. Seitdem ist ihre Nutzlast, die Sonde Dawn, auf dem Weg in den Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Das Neuartige an dieser Mission: Dawn stützt sich im Vakuum des Weltraums nicht auf herkömmliche chemische Raketentriebwerke, sondern auf einen elektrischen Antrieb. Dabei wird ein Gas ionisiert, also elektrisch aufgeladen und durch Elektroden beschleunigt. Wolfgang Seboldt vom Institut für Materialphysik beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln:
"Der Vorteil liegt darin, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Treibstoffes bei elektrischen Treibwerken wesentlich höher - 10 bis 50 mal höher - ist als bei chemischen Triebwerken. Das bedeutet, dass man den Treibstoff wesentlich effizienter in Geschwindigkeit umsetzen kann. Allerdings sind die Schübe relativ gering, so dass es etwas länger dauert im allgemeinen bis man auf Geschwindigkeit kommt."
Sonden mit Elektroantrieb beschleunigen also langsam, dafür aber stetig und übertreffen irgendwann - je nach Missionsprofil - die Geschwindigkeiten, die mit chemischen Raketentriebwerken erreicht werden. Heute, zehn Monate nach ihrem Start, ist Dawn bereits fast 300 Millionen Kilometer von der Erde entfernt und hat unseren Nachbarplaneten Mars passiert. Ihre Funksignale benötigen mehr als eine halbe Stunde zur Erde. Auch die japanische Asteroidensonde Hayabusa, Europas Mond-Sonde SMART-1 und Amerikas Deep Space One haben erfolgreich Ionentriebwerke für ihre weiten Reisen durch den Raum genutzt. Diese relativ neue Technik wird nun vermehrt eingesetzt wird, da die Probleme der frühen Jahre behoben sind, zum Beispiel der frühzeitige Ausfall der Elektroden. Die nächste Mission mit Elektroantrieb soll am 10. September starten: Europas Gravitationssatellit Goce.
" Goce wird auf einer Umlaufbahn von nur 275 Kilometer Höhe fliegen. In einem derart niedrigen Orbit wird der Satellit noch von den oberen Schichten der Atmosphäre abgebremst. Wenn wir dagegen nichts unternehmen, fällt er früher oder später hinunter auf die Erde oder verglüht. Die Ionen-Triebwerke an Bord sollen seine Position stabil halten und gegensteuern. "
Jose Antonio Gonzales del Amo, Chef der Abteilung für Elektrische Antriebe bei Europas Weltraumagentur Esa im niederländischen Noordwijk. GOCE steht für Gravity and Ocean Circulation Explorer und soll das Schwerefeld der Erde bestimmen sowie die Zirkulation der Ozeane. Dazu sind präzise Messungen erforderlich genauso wie das Beibehalten einer bestimmten Position in der Umlaufbahn.
" Wir schalten die Bremswirkung der Atmosphäre aus und haben so die Gravitation als einzige Kraft, die auf die Sonde wirkt. Da GOCE über ein GPS-System verfügen wird, kennen wir jederzeit ihre Position. Daraus können wir ein genaues Profil des Erdschwerefeldes anlegen, das auch die Reibungen durch die Ozeane und den Wind, die Gezeiten und meteorologische Aspekte einrechnet. "
Elektrische Triebwerke haben sich kürzlich auch als Rettung für Europas geplante Mission zum Merkur erwiesen, BepiColombo. Zunächst war die Sonde in den letzten Monaten immer schwerer geworden.
"Das führte dazu, dass man einen etwas stärkeren Launcher ins Auge fassten musste", "
erklärt Ulrich Johann, beim Weltraumkonzern EADS-Astrium in Friedrichshafen Chef der Abteilung für künftige wissenschaftliche Missionen, Erdbeobachtung und Navigation. Eine Ariane V soll BepiColombo nun 2014 Richtung Merkur schießen. Das ist ein Jahr später als geplant. Zusätzlich zu ihrem elektrischen Antrieb wird die Sonde nun insgesamt sieben Mal an den inneren Planeten unseres Sonnensystems Schwung holen, bevor sie am Merkur eintrifft.
" "Das ist eine dieser Maßnahmen, dass man die Flugbahn nochmals optimiert hat in Bezug auf die neuen Randbedingungen sprich Massen, die in der komplexen Raumsonde jetzt zum Tragen kommen. Man hat also ein Erd-Swingby, zwei Venus- und vier Mercury-Swingbys. Man hat dann durch die Kombination dieser Maßnahmen - also stärkere Startrakete, Optimierung der Bahnstrategie also sprich der Planetenvorbeiflüge und der Strategie, wie das "solarelectric Propulsion" genutzt wird -, durch diese Kombination hat man die Mission doch wieder in den Griff bekommen."
Nur mit chemischen Antrieben wäre ein derart komplizierter Flug hin zum Schwerkraftzentrum Sonne nur schwierig zu realisieren gewesen, da BepiColombo auf dem Weg zum Merkur nicht an Schub gewinnen, sondern ihn allmählich abgeben und abbremsen muss. Die solar-elektrischen Triebwerke jedoch können einen solchen Kurs fliegen, da sie fast permanent brennen werden, mehr als 16 Stunden pro Tag.
"Der Vorteil liegt darin, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Treibstoffes bei elektrischen Treibwerken wesentlich höher - 10 bis 50 mal höher - ist als bei chemischen Triebwerken. Das bedeutet, dass man den Treibstoff wesentlich effizienter in Geschwindigkeit umsetzen kann. Allerdings sind die Schübe relativ gering, so dass es etwas länger dauert im allgemeinen bis man auf Geschwindigkeit kommt."
Sonden mit Elektroantrieb beschleunigen also langsam, dafür aber stetig und übertreffen irgendwann - je nach Missionsprofil - die Geschwindigkeiten, die mit chemischen Raketentriebwerken erreicht werden. Heute, zehn Monate nach ihrem Start, ist Dawn bereits fast 300 Millionen Kilometer von der Erde entfernt und hat unseren Nachbarplaneten Mars passiert. Ihre Funksignale benötigen mehr als eine halbe Stunde zur Erde. Auch die japanische Asteroidensonde Hayabusa, Europas Mond-Sonde SMART-1 und Amerikas Deep Space One haben erfolgreich Ionentriebwerke für ihre weiten Reisen durch den Raum genutzt. Diese relativ neue Technik wird nun vermehrt eingesetzt wird, da die Probleme der frühen Jahre behoben sind, zum Beispiel der frühzeitige Ausfall der Elektroden. Die nächste Mission mit Elektroantrieb soll am 10. September starten: Europas Gravitationssatellit Goce.
" Goce wird auf einer Umlaufbahn von nur 275 Kilometer Höhe fliegen. In einem derart niedrigen Orbit wird der Satellit noch von den oberen Schichten der Atmosphäre abgebremst. Wenn wir dagegen nichts unternehmen, fällt er früher oder später hinunter auf die Erde oder verglüht. Die Ionen-Triebwerke an Bord sollen seine Position stabil halten und gegensteuern. "
Jose Antonio Gonzales del Amo, Chef der Abteilung für Elektrische Antriebe bei Europas Weltraumagentur Esa im niederländischen Noordwijk. GOCE steht für Gravity and Ocean Circulation Explorer und soll das Schwerefeld der Erde bestimmen sowie die Zirkulation der Ozeane. Dazu sind präzise Messungen erforderlich genauso wie das Beibehalten einer bestimmten Position in der Umlaufbahn.
" Wir schalten die Bremswirkung der Atmosphäre aus und haben so die Gravitation als einzige Kraft, die auf die Sonde wirkt. Da GOCE über ein GPS-System verfügen wird, kennen wir jederzeit ihre Position. Daraus können wir ein genaues Profil des Erdschwerefeldes anlegen, das auch die Reibungen durch die Ozeane und den Wind, die Gezeiten und meteorologische Aspekte einrechnet. "
Elektrische Triebwerke haben sich kürzlich auch als Rettung für Europas geplante Mission zum Merkur erwiesen, BepiColombo. Zunächst war die Sonde in den letzten Monaten immer schwerer geworden.
"Das führte dazu, dass man einen etwas stärkeren Launcher ins Auge fassten musste", "
erklärt Ulrich Johann, beim Weltraumkonzern EADS-Astrium in Friedrichshafen Chef der Abteilung für künftige wissenschaftliche Missionen, Erdbeobachtung und Navigation. Eine Ariane V soll BepiColombo nun 2014 Richtung Merkur schießen. Das ist ein Jahr später als geplant. Zusätzlich zu ihrem elektrischen Antrieb wird die Sonde nun insgesamt sieben Mal an den inneren Planeten unseres Sonnensystems Schwung holen, bevor sie am Merkur eintrifft.
" "Das ist eine dieser Maßnahmen, dass man die Flugbahn nochmals optimiert hat in Bezug auf die neuen Randbedingungen sprich Massen, die in der komplexen Raumsonde jetzt zum Tragen kommen. Man hat also ein Erd-Swingby, zwei Venus- und vier Mercury-Swingbys. Man hat dann durch die Kombination dieser Maßnahmen - also stärkere Startrakete, Optimierung der Bahnstrategie also sprich der Planetenvorbeiflüge und der Strategie, wie das "solarelectric Propulsion" genutzt wird -, durch diese Kombination hat man die Mission doch wieder in den Griff bekommen."
Nur mit chemischen Antrieben wäre ein derart komplizierter Flug hin zum Schwerkraftzentrum Sonne nur schwierig zu realisieren gewesen, da BepiColombo auf dem Weg zum Merkur nicht an Schub gewinnen, sondern ihn allmählich abgeben und abbremsen muss. Die solar-elektrischen Triebwerke jedoch können einen solchen Kurs fliegen, da sie fast permanent brennen werden, mehr als 16 Stunden pro Tag.