Ionentriebwerke

Mit der Vega zum Jupiter

Ein kleines Nebenprodukt der gestrigen Simulation möchte ich euch nicht vorenthalten, denn es wäre möglich mit der Vega doch tatsächlich eine art „Galileo-2“ zu Jupiter zu entsenden. Ich bemerkte dies als ich am Schluss noch einige Bahnen ins äußere Sonnensystem ausrechnete. Wie immer will ich es im Blog fertig entwickeln.

Das erste ist das es schon knapp ist. Galileo wog über 2 t und die Vega hat eine maximale Nutzlast von etwa 2,4 t für einen nicht ganz niedrigen Erdorbit. Doch dazu später mehr. Um die Nutzlast zu maximieren habe ich folgende Eckpunkte angenommen: (mehr …)

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Wir brauchen neue Solarzellen

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. (mehr …)

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Ich halte es immer noch für eine Schnapsidee

Seit Jahren spukt etwas durch die Nachrichten, von verschiedenen Firmen und Weltraum Behörden postuliert, aber nie umgesetzt: Die Erweiterung der Lebensdauer von geostationären Kommunikationssatelliten. Die wird heute begrenzt von dem Treibstoff. Knapp die Hälfte der Satellitenmasse macht schon der Treibstoff aus, den man braucht um die Umlaufbahn ausgehend von dem GTO zu erreichen, dann braucht man je nach Position am Äquator noch 40 bis 75 m/s pro Jahr um die Position zu halten. Das sind bei 10 bis 15 Jahren Lebensdauer dann auch nochmals 400 bis 1050 m/s Geschwindigkeitsänderung. Bei Arianespace gibt es ja auch ein paar Details zu den Satelliten unter anderem auch Start und Trockenmasse und manche bestehen wirklich zu zwei Dritteln aus Treibstoff, wobei die Tanks bei dem Drucktankprinzip und das Druckgas Helium noch weiteres Gewicht addieren sodass der Satellit ohne Treibstoffsysteme vielleicht ein Viertel der Startmasse wiegt. (mehr …)

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Nachlese zu den „All Electric Satelliten“

Nachdem sie nun gestern gestartet sind, die ersten dieser Exemplare, will ich heute mal zusammenfassen was man über sie weiß. Es ist leider immer noch sehr wenig. Aber beginnen wir zuerst mal mit den Grundlagen. (Eigentlich steht ja alles in der Webseite, aber die Leute sind ja meist zu Faul die Suchfunktion zu benutzen….)

Bei einem „normalen“ Kommunikationssatelliten transportiert die Trägerrakete den Satelliten in einen Übergangsorbit, idealerweise mit einem sehr niedrigen erdnahen Punkt (etwa 200 km Höhe) und dem Zielpunkt in 36000 km Höhe. Dort angekommen, zündet der Satellit mehrmals beim Durchlaufen des Apogäums den Antrieb um zu Beschleunigen (Das Perigäum anzuheben) und die anfängliche Neigung der Bahn zum Äquator abzubauen. Dafür benötigt er mindestens 1500 m/s, wenn er eine Bahn mit dem Breitengrad des Äquators als Anfangsbahn hat, beim Breitengrad von Cape Canaveral sind es schon 1800-1900 m/s und bei Baikonur 2600 m/s. Man kann von dem Standard-GTO abweichen um diesen Geschwindigkeitsbedarf zu erniedrigen, so auch bei diesem Start der in einen supersynchronen GTO mit einem Apogäum in 63000 km Höhe führt. Dabei braucht die Trägerrakete mehr Treibstoff, der Satellit später weniger. (mehr …)

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Der Ideale spezifische Impuls für Ionentriebwerke

Grafik 1Beim chemischen Antrieb ist es sehr einfach: je höher der spezifische Impuls also die Ausströmgeschwindigkeit der Gase ist, desto höher ist die Nutzlast. Warum sollte es beim Ionenantrieb anders sein? Nun ein gravierender Unterschied ist, dass die Energie beim chemischen Antrieb im Treibstoff gespeichert ist, beim Ionenantrieb aber von außen kommt. Damit wir auf demselben Level sind hier eine kurze Zusammenfassung die für alle Ionentriebwerke gilt:

Ein Ionenantrieb besteht aus einem Arbeitsmedium, einer Stromversorgung und einem Antrieb. Das Arbeitsmedium wird in einen gasförmigen Zustand gebracht. Es kommt zum Ionenantrieb. Dort wird es beschleunigt, das kann geschehen indem es hoch erhitzt wird (Plasma) oder ionisiert und dann werden die Ionen/Plasma durch ein elektrisches Feld oder Magnetisches Feld beschleunigt. Die verschiedenen Antriebe unterscheiden sich in Ionisationsmethode und Beschleunigungsmethode. In jedem Galle wird aber viel Strom benötigt denn die hohe Geschwindigkeit welche die Ionen haben wenn sie das Triebwerk verlassen entspricht ja auch Energie. (mehr …)

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