Xenon – teuer und selten?

Ionenantriebe haben Zukunft, Ionentriebwerken gehört die Zukunft. Sie sind das Elektroauto der Raumfahrt und wie bei den Elektrofahrzeugen taucht dann auch schnell ein Damoklesschwert auf – das Xenon wird knapp!

Xenon ist das Arbeitsgas der gängigsten Ionentriebwerke. Und da nun immer mehr Raumsonden und Satelliten Xenon einsetzen, befürchten manche, es wird knapp. Es kursiert sogar die Zahl 600 kg Xenon als weltweite jährliche Produktion durch das Netz. Das heißt Raumsonden wie BepiColombo und Dawn haben mit einem Schlag die weltweite Jahresproduktion verbraucht!. Continue reading „Xenon – teuer und selten?“

Mit Ionentriebwerken vom LEO in den GEO

Nachdem ich mich in meiner Serie über den Einsatz von Ionentriebwerken bisher immer mit Raumsonden beschäftigt habe kommt nun die Erdumlaufbahn dran. Hier gäbe es viele Anwendungsmöglichkeiten. Die offensichtlichste ist es vom LEO in den GEO zu manövrieren oder (energetisch fast gleichwertig) vom LEO in den Galileo-Orbit. Ich will in diesem Beitrag die Chancen aber auch die Folgen beleuchten. Bisher gab es das nur bei einigen Satelliten, die auch nicht vom LEO in den GEO wechselten, sondern vom klassischen GTO in den GEO. Dazu später mehr. Damit wir ein konkretes Rechenbeispiel haben, habe ich die Daten von BRISat dem nächsten Start von Ariane 5 übernommen. Der Satellit hat eine Startmasse von 3540 kg und eine elektrische Leistung von 9,5 kW nach 15 Jahren. Die Trockenmasse ist unbekannt, doch Satelliten dieser Bauart bestehen typisch zu mehr als 50% aus Treibstoff. Tanks und Triebwerke wiegen auch etwas sodass man von etwa 1590 kg Trockenmasse ohne Antriebssystem ausgehen kann, eventuell weniger. Continue reading „Mit Ionentriebwerken vom LEO in den GEO“

In vier Jahren zu Tschurri, anstatt in zehn

In meiner kleinen Serie über Ionentriebwerke will ich mal was neues versuchen und zwar untersuchen ob eine Mission vielleicht schneller oder besser mit Ionentriebwerken durchgeführt werden kann. Dabei will ich die Originalmission weitestgehend übernehmen.

Diesmal geht es um Rosetta. Rosettas Ziel ist der Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko. 67P oder „Tschurri“, da sich keiner den Doppelnamen merken kann. 67P gehört zu einer sehr häufigen Klasse dem der von Jupiter umgelenkten Kometen (Jupiter Comet familiy JCF). Diese Kometen haben ein Perihel rund um Jupiters Bahn und eine niedrige Bahnneigung. Viele der bisher von Raumsonden besuchten Kometen, eigentlich alle außer Halley gehören in diese Gruppe. Jupiter ist aber mit Ionentriebwerken zu erreichen, daher mein Ansatz Rosetta mit Ionentriebwerken neu zu simulieren. Hier die für die Simulation wichtigen Kerndaten:

  • Rosetta wiegt beim Start 3011 kg
  • Die Solarzellen wiegen 169,7 kg bei 7,1 kW Leistung
  • der Treibstoff wiegt 1670 kg, das Gesamtsystem mit Tanks und Triebwerken 1841,5 kg.
  • Rosetta gelangte beim Start in eine Bahn mit einer solaren Überschussgeschwindigkeit von 3545 m/s. Bei 150 Mill. km Startentfernung entspricht dies einer Geschwindigkeit von 33345 m/s solar.
  • 67P/Churyumov-Gerasimenko hat eine Bahn die um 6,4 Grad geneigt ist und zwischen 186 und 851 Mill. km von der Sonne entfernt verläuft.

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Mit Ionentriebwerken bemannt zum Mars

Um es vorweg zu nehmen: Der Artikel ist noch spekulativer als die sonstigen über Ionentriebwerke. Zum einen weil die genauen Elemente einer Marsmission nicht feststehen, zum andern weil man von einigen KW Leistung die heute für Antriebe verfügbar sind auf Leistungen von Hunderten von kW bis Megawatt skaliert, ebenso sind Ionentriebwerke in der Größe nicht verfügbar. Meine Annahmen beruhen auf der Annahme, das man alles skalieren kann. Eine zweite Unsicherheit liegt in den Massen und Zeitplänen. Hier muss ich einige Annahmen machen, die ich auch begründen will. Die Angaben für Strukturmassen habe ich von einer SEP Studie für einen Saturnorbiter übernommen.

Damit wir auf einem Level sind, hier einmal die Grundlagen für eine bemannte Marsmission. Anders als bei Apollo geht diese nicht mit einem Start. Aus himmelsmechanischen Gründen dauert eine Mission etwa 3 Jahre, auch mit Ionentriebwerken geht es nicht viel schneller. Man kann die Reisezeit zwischen den Planeten verkürzen, doch da Ionentriebwerke selbst Monate arbeiten, ist der Zeitgewinn beschränkt. Continue reading „Mit Ionentriebwerken bemannt zum Mars“

Mit der Sojus zum Saturn

So, nachdem ich im letzten Beitrag erörtert habe ob man mit der Vega eine mit dem Galiloeorbiter vergleichbare Sonde starten kann legen wir heute noch eine Schippe drauf. Kann man mit einer Sojus (Alternative: Antares) eine mit Cassini vergleichbare Sonde starten?

Nun ohne Simulation könnte man schon sagen – ja denn viel höher als zu Jupiter ist die Geschwindigkeit zu Saturn nicht. Aber ich habe eine Kritik aufgenommen und will es in der gleichen Zeit wie Cassini schaffen. Cassini brauchte 6 Jahre 9 Monate zu Saturn. Das geht nicht mit einer klassischen Hohmannbahn, die schon 6 Jahre erfordert. Trotzdem habe ich mal für den solaren Teil mit Freiflugphase eine Tabelle angestellt. Sie basiert auf einer Masse von 7200 kg in der Sonnenumlaufbahn. Diese basiert auf eine Skalierung der 2030 kg die bei der Nutzlast der Vega von 2.400 kg noch übrig blieben und einer Startmasse von 8500 kg die eine Sojus in eine höhere Umlaufbahn von Kourou aus transportiert. 9000 kg werden für eine niedrige Umlaufbahn als Nutzlast genannt. Continue reading „Mit der Sojus zum Saturn“