Mit dem Sonnensegel zu Merkur

Bei der Renovierung meines Berechungsprogramms habe ich mir nun auch das Modul für Sonnensegel vorgenommen und damit wieder experimentiert. Ein Ergebnis will ich euch heute vorstellen. Aber fangen wir mal mit den Basics an. Continue reading „Mit dem Sonnensegel zu Merkur“

Mit Safer zu Jupiter, Uranus, Neptun

Da ich über den NASA-Reaktor SAFER gestoßen bin, kann ich nun endlich einmal Orbitermissionen zu den äußeren Planeten mit Ionenantrieb angehen. Ich habe mich für ein modulares Konzept entschieden mit einem festen Ionenmodul und einer wechselnden Nutzlast, wobei da es sich um Orbiter zu Gasriesen handelt, auch diese identisch oder ähnlich sein können. Continue reading „Mit Safer zu Jupiter, Uranus, Neptun“

Ionentriebwerke für eine bemannte Marsmission

Wer mich kennt, weiß, ich bin ein Fan von Ionentriebwerken. Einfach weil sie viel effizienter als chemische Antriebe sind. Aber sie haben auch Nachteile. Der offensichtlichste für eine bemannte Marsmission ist der Faktor Zeit.

Ionenantriebe haben sehr niedrige Schübe, trotz hohem spezifischen Impuls. Beide Größen sind sogar gekoppelt: je höher der Impuls, desto kleiner der Schub. Da aber die Zeit die man braucht, um eine bestimmte Geschwindigkeitsdifferenz zu erreichen, von dem Schub abhängt, dauert so die Reise immer länger. Hier mal die Daten des NSTAR-Triebwerks, das die Raumsonde Dawn antrieb: Continue reading „Ionentriebwerke für eine bemannte Marsmission“

Zum wiederholten Male: die Ionenantriebsstufe

Wer meinen Blog liest, weiß das Ich ein Fan von Ionentriebwerken bin. Das heutige Thema hatte ich auch schon mal, doch ich greife es erneut auf, weil ich inzwischen mehr Daten und Möglichkeiten für eine genaue Simulation habe.

Warum geht es? Es geht darum mit einer Ionenantriebsstufe (analog zu einer Raketenstufe) Satelliten vom LEO in den GEO zu bringen. Die Ionenantriebsstufe unterschiedet sich von einer konventionellen Stufe dadurch, dass der Treibstoff nicht den größten Teil der Masse ausmacht. Die Stromversorgung erfolgt durch Solarpanels. Kernreaktoren sind zumindest in der benötigten Leistung noch Utopie und die mir bekannten Typen aus Russland sind auch viel zu schwer.

Für nur einen Satelliten ist es natürlich besser, die Stufe gleich in den Satelliten zu integrieren. Das grundsätzliche Problem: Will man schnell vom LEO in den GEO, damit auch schnell den inneren Van Allen Gürtel passieren, so braucht man sehr viel mehr Strom für die Ionentriebwerke, als später der Satellit im regulären Betrieb benötigt. Die „All Electric“ Satelliten, die daher jetzt kommen, werden auf Standard GTO-Bahnen oder Super-GTO Bahnen entlassen. Sie müssen nur etwa 1500 m/s abbauen anstatt 4700 m/s und sie durchlaufen auf der elliptischen Bahn den Van Allen Gürtel schnell. Schon mit einer Geschwindigkeitsänderung von 500 m/s liegt das Perigäum oberhalb der Kernzone des inneren Van Allen Gürtels. Der Nachteil: Gegenüber den 20 bis 25 t LEO Nutzlast, die die größten Träger heute haben, sinkt die GTO-Nutzlast auf 7 bis 11 t je nach Typ ab. Durchschnittlich 40% der LEO Nutzlast kann man in den GTO transportieren. Und im GEO kommt dann nochmals weniger an. Continue reading „Zum wiederholten Male: die Ionenantriebsstufe“

Mit dem Ionenantrieb von der Erde zum Mond

In meiner lockeren reihe will ich heute mal eine Mission skizzieren die in unsere kosmische Nähe führt: Von der Erde in eine Mondumlaufbahn. Ich will eine Lösung für Europa skizzieren und gehe daher von der ESA und der Vega als Trägerrakete aus. Ziel der Mission soll ein Mondorbiter sein. Damit wir einen vergleich haben fangen wir mit der chemischen Alternative an.

Die Vega ist für sonnensynchrone Umlaufbahnen ausgelegt und kann nicht Nutzlasten direkt zum Mond transportieren. Dazu hat das AVUM, die technische Ausrüstung an der Spitze der Rakete mit einem kleinen Treibwerk und einigen Tanks für Bahnmanöver eine zu hohe Trockenmasse. Lisa Pathfinder war bisher die einzige Sonde die von der Vega in eine Fluchtbahn gebracht wurde. Lisa Pathfinder wog beim Start 1.900 kg, wobei nur 460 kg auf die Sonde entfielen, der Rest war ein Antriebsmodul. Allerdings gelangte Lisa-Pathfinder in eine elliptische Umlaufbahn. Ich habe für die Vega eine Maximalnutzlast von 2.400 kg angenommen. skaliert man Lisa-Pathfinder auf diese Masse so entfallen 581 kg auf die Sonde. Das wäre auch die Nutzlast der Vega in eine Mondtransferbahn, die energetisch fast gleichwertig mit der Fluchtbahn ist. Für eine 200 km hohe Kreisbahn müsste man dann um weitere 764 m/s abbremsen, das würde bei gleichen technischen Daten wie dem Antriebsmodul die Nutzlastmasse in der Mondumlaufbahn auf 457 kg absenken. Bei einer optimistischen Annahme eines Strukturfaktors von 10 für das Antriebssystem wäre dann die reine Nutzlast im Mondorbit rund 443 kg. Continue reading „Mit dem Ionenantrieb von der Erde zum Mond“