{"id":10888,"date":"2015-03-13T13:24:18","date_gmt":"2015-03-13T12:24:18","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=10888"},"modified":"2015-03-13T13:24:18","modified_gmt":"2015-03-13T12:24:18","slug":"das-ideale-ionentriebwerk-fuer-die-all-electric-satellites","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2015\/03\/13\/das-ideale-ionentriebwerk-fuer-die-all-electric-satellites\/","title":{"rendered":"Das ideale Ionentriebwerk für die „All-Electric Satellites“"},"content":{"rendered":"

Nun beginnen sie also ihre Reise die „All Electrric“ Satelliten. Nun wären wir aber nicht im „Wir-Wissen-Es-Besser“ Blog wenn ich nicht da was zu kritisieren hätte. Es geht um die eingesetzten Ionentriebwerke des Typs XIPS der Boeing Satelliten. Mit einem spezifischen Impuls von 3500 s (US-Einheit) sind sie für die Aufgabe nämlich nicht optimal. Dazu erst mal eine kleine Einführung in die Technologie. Es gibt drei grundlegende Typen. Am vergleichbarsten mit dem chemischen Antrieb ist der elektrothermische Antrieb. Hier wird ein Arbeitsgas durch einen Lichtbogen in ein Plasma umgewandelt. Das Plasma hat eine hohe Geschwindigkeit durch die hohe Temperatur. Der Wirkungsgrad dieser Typen ist relativ gering (als Wirkungsgrad definiert man die Energie die im Antriebsstrahl steckt getilt durch die aufgenommene Energie des Triebwerk. Bei lagerfähigem Arbeitsgas ist auch die Ausströmgeschwindigkeit gering. Die elektromagnetischen Triebwerke versuchen diesen Nachteil zu kompensieren indem sie das Plasma durch ein Magnetfeld beschleunigen. Die meisten Triebwerke gehören heute zu den Elektrostatischen Triebwerken. Bei diesen werden die Ionen nicht durch einen Lichtbogen erzeugt sondern durch andere Methoden wie Elektronenbeschuss oder Hochfrequenzfelder. Die Ionen werden dann durch ein Magnetfeld oder elektrisches Feld beschleunigt. Diese Typen haben relativ hohe Ausströmgeschwindigkeiten und Wirkungsgrade. Zu dieser Gruppe gehören auch die XIPS Antriebe. Je nach Ionisierung und Beschleunigung kann man außer diesen drei Kategorien zahlreiche Untertypen unterscheiden. Wie Hall-Effekt oder Kaufmann Triebwerke. Mehr über das ganze in einem eigenen Aufsatz<\/a>.<\/p>\n

\"\"Elektrostatische Antriebe erreichen heute in einer Beschleunigungsstufe 50 km\/s. Schaltet man mehrere Beschleunigungsstufen hintereinander entsprechend mehr 200 km\/s sind nach Projektstudien erreichbar. Wäre es dann nicht am besten das Triebwerk mit dem höchsten spezifischen Impuls zu nehmen?<\/p>\n

Nun nicht unbedingt. So machen mehrere Stufen das Triebwerk schwerer und komplexer. Aber auch mit einer Stufe ist eine zu hohe Ausströngeschwindigkeit nicht erstrebenswert. Das kann man letztendlich auf den Energieerhaltungssatz zurückzuführen um die Ausströmgechwindigkeit zu verdoppeln muss man viermal so viel Energie zuführen. Da es meist Randbedingungen gibt, wie maximal vorhandene elektrishce Leistung, verfügbare Zeit um die Geschwindigkeitsänderung durchzuführen kann es nicht sinnvoll sein immer den höchsten spezifischen Impuls zu nehmen.<\/p>\n

Bei den obigen Satelliten dürfte die Leistung des Solargenerators fest stehen. Daher habe ich mal im folgenden eine kleine Rechnung gemacht.<\/p>\n

Folgende Annahmen sollen gelten:<\/p>\n