Wir brauchen neue Solarzellen

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In meiner lockeren Reihe über Bahnen, Swing-Bys und Ionentriebwerke will ich mich heute mal mit einem Problem beschäftigen das man gerne unterschätzt: die Energieversorgung. Ich habe mich gerade mal informiert wie es aussieht bei Ionentriebwerken und da wird mit dem Aufkommen der „All Electric Satelliten“ mehr entwickelt. Airbus hat ein neues Triebwerk im Angebot, die NASA testet seit Jahren das NEXT Triebwerk das besonders lange abreiten soll (über 50.000 Stunden, normal sind etwa 10.000  Stunden was einem Betrieb über ein Jahr entspricht). Was aber seit Jahren stillsteht sind die Solarzellen. Dabei gibt es hier noch einiges zu tun. Continue reading „Wir brauchen neue Solarzellen“

Der Mehrstufenplan für Ionentriebwerke

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Es gibt immer wieder Dinge die mich überraschen. Eines ist das Beharren in eingetretenen Pfaden. Wer Bücher vor 40-50 Jahren liest, der stolpert über die exzellenten Zukunftsaussichten von Ionentriebwerken. Doch was ist daraus geworden? Nicht viel. Es ist zum Teil erklärbar. Ionentriebwerke benötigen viel Strom und in den sechziger Jahren meinte man diesen nur durch Kernreaktoren bereitstellen zu können. Doch deren Entwicklung wurde in den USA eingestellt und in den UdSSR erreicht man auch nur mäßige Leistungswerte.

Doch mittlerweile haben Solarzellen enorme Fortschritte gemacht. Die Solarpanels der ISS haben eine Leistungsdichte von 30 W/kg. Also die Solarzellen die 30 Watt Strom erzeugen, wiegen ein Kilogramm. Bei Dawn sind es schon 80 Watt/kg. Bei dem Technologie-Satelliten ST-8 sollten faltbare Solarzellen mit wesentlich leichterer Trägerstruktur mit einer Leistung von 175 W/kg erprobt werden. Nach diesem Papier soll ein Prototyp mit einer Leistung von 300 W/kg existieren. Die Stromversorgung ist der Dreh- und Angelpunkt eines Ionentriebwerks, da sie viel Strom brauchen. Ein Modell, RIT-22 von EADS, wiegt 7 kg und benötigt 5000 Watt Leistung. Selbst bei 175 Watt pro Kilogramm wiegen aber die Solarzellen die eine solche Leistung liefern 28,6 kg. Berücksichtigt man, dass man bei Missionen ins äußere Sonnensystem aufgrund der absinkenden Leistung eine noch größere Fläche braucht zeigt dies das hier noch Optimierungsbedarf besteht. Trotzdem gab es in den letzten Jahrzehnten bei Solarzellen deutlich Fortschritte, während Kernreaktoren praktisch immer noch die gleichen Leistungswerte wie vor 40 Jahren haben. Die besten kommen auf 10 Watt/kg. Continue reading „Der Mehrstufenplan für Ionentriebwerke“

Der Vierstufenplan für Ionentriebwerke

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Wie wahrscheinlich die meisten Blogleser wissen, bin ich Fan von Ionentriebwerken – oder besser gesagt ich bin ein Fan von Effizienz. Maximale Nutzlast um die Kosten zu reduzieren. Ab dem Erdorbit benötigt man keinen chemischen Antrieb mehr und Ionentriebwerke können im erdnahen Sonnensystem die Nutzlast gravierend erhöhen. Man könnte sie auch für Fluchttrajektorien einsetzen. Nach dem derzeitigen Stand aber fehlt noch eine leistungsfähige Stromversorgung um bei den äußeren Planeten in einen Orbit einzuschwenken.

Was wurde seit den ersten Tests in den sechziger Jahren erreicht? Ionentriebwerke sind dem Labor entwachsen. Sie werden schon in Kommunikationssatelliten als Unterstützung der Lageregelung eingesetzt, mindestens drei Raumsonden nutzten sie als primären Antrieb. Fast alle größeren Raumfahrtfirmen haben mindestens einen Antrieb im Angebot und diese sind auch erprobt mit mehreren Tausend Stunden Testbetrieb. Continue reading „Der Vierstufenplan für Ionentriebwerke“