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 Ionentriebwerken zum Mond

Während man inzwischen die Eignung von Ionentriebwerken für den Mars untersucht, scheint sich keiner für den Einsatz für Mondmissionen zu interessieren. Zeit sich darüber Gedanken zu machen. Um es vorwegzunehmen: Es geht in diesem Blog vornehmlich um den nicht bemannten Teil einer Expedition. Das liegt daran das noch mehr als beim Mars die lange Betriebsdauer der Ionentriebwerke in keinem tolerierbaren Verhältnis zur Reisedauer mit chemischen Triebwerken steht. Bei der Dauer einer Marsexpedition von fast 3 Jahren sind 200-300 Tage mehr Reisezeit verkraftbar, beim Mond ist das aber unverhältnismäßig, wenn man in weniger als 4 Tagen beim Mond sein kann. Es gibt jedoch eine Ausnahme, dazu am Schluss noch eine Bemerkung. Continue reading „Mit Ionentriebwerken zum Mond“

Ionentriebwerksimulationen

Ich habe ja schon angekündigt, ich habe mit meinem Programm für Raketenberechnungen etwas experimentiert und es um einen Teil für die Bahnen von ionenantrieben ergänzt. Ich konnte schon vorher Ionentriebwerke behandeln, aber nur mathematisch, nicht als echte Flugbahnen. Man behilft sich dann damit, dass man Worst-Case Szenarien macht, also maximale Geschwindigkeitsänderungen oder maximale Zeitdauern. So kann man zwar den Treibstoffverbrauch und Betriebsdauer ermitteln, leider aber nicht die Reisezeiten oder eine konkrete Bahn.

Die letzten Tage war ich beschäftigt die Routine zu erstellen und zu verbessern. Zum einen grafisch, zum anderen zeigte sich, das es je nach Fragestellungen andere Betriebsweisen gab, die ich dann in verschiedenen Routinen packte.

Alles ist war Butter, solange der Schub klein ist. Damit kommt man aber kaum in akzeptabler Zeit zu den äußeren Planeten. Als ich die ersten Trajektorien ansah und die Geschwindigkeitsdifferenz zur Kreisbahn sehr hoch war, merkte ich dass da doch was im Modell nicht stimmte. Probehalber habe ich die Simulation stoppen lassen sobald die Fluchtgeschwindigkeit am aktuellen Wegpunkt erreicht war und in der Tat, erreichte die Sonde bei Sonnenumlaufbahnen sehr bald diese Geschwindigkeit. Continue reading „Ionentriebwerksimulationen“

Wir machen alles national

Nun ist ja erneut die Liberty in die Schlagzeilen gekommen. Ich will gar nicht über das Konzept in technischer Weise diskutieren, aber eines ist schon auffällig. Es werden immer mehr Konzepte immer mehr Träger. Nehmen wir mal nur das CCDev Programm. Da bewerben sich nun (die Aufzählung ist sicher nicht vollständig, Spezialisten über bemannte Raumfahrt mögen mich da korrigieren) mindestens vier Träger:  Die Falcon 9, die Atlas V, die Liberty und die New Shepard. An Raumfahrzeugen gibt es das CST-100, den ream Chaser, die Dragon, ebenfalls die New Shepard und die noch namenlose ATK/Lockheed Kombination. Continue reading „Wir machen alles national“

Ionenantriebe als Apogäumsantrieb

Ich habe mich ja schon mehrfach mit Ionenantrieben beschäftigt. Wenn es um den Transfer in den GEO geht, dann habe ich mich immer für den vollen Weg, also vom LEO und in den GEO ausgesprochen. Nun scheint es so zu sein, dass die ersten Satelliten gebaut werden die Ionenantriebe als Ersatz für einen Apogäumsmotor einsetzen. Zeit sich mal damit zu beschäftigen. Zuerst einmal: warum habe ich mich bisher damit nicht beschäftigt. Die Antwort ist relativ einfach: Bei einem Ionenantrieb ist der Treibstoffverbrauch vernachlässigbar gering. Stattdessen werden größere Solarzellen benötigt und auch Triebwerke. Dieses Zusatzgewicht ist immer gegeben, egal ob man nun die halbe Stecke zurücklegt oder die ganze. Dagegen sinkt ja die Nutzlast schon auf ein Drittel ab, wenn man vom LEO in den GTO geht. Der Vorteil der Gewichtseinsparung ist also kleiner. Continue reading „Ionenantriebe als Apogäumsantrieb“