{"id":14709,"date":"2020-04-19T09:06:57","date_gmt":"2020-04-19T07:06:57","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=14709"},"modified":"2023-02-14T10:51:18","modified_gmt":"2023-02-14T09:51:18","slug":"mit-der-vega-zum-merkur","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2020\/04\/19\/mit-der-vega-zum-merkur\/","title":{"rendered":"Mit der Vega zum Merkur"},"content":{"rendered":"
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Ich schließe mit dem heutigen Blog an die beiden letzten<\/a> an, insbesondere dem Letzten mit der Skizzierung einer Marsmission<\/a>. Aber zuerst einmal etwas Grundlkagenwissen über die Trägerrakete Vega und Ionenantriebe.<\/p>\n

Vega ist eine europäische Rakete, die vom europäischen Weltraumorganisation (ESA) entwickelt wurde. Sie wurde erstmals 2012 gestartet und ist eine kleine Trägerrakete, die speziell für den Transport von Kleinsatelliten und Nutzlasten entwickelt wurde. Vega verfügt über vier Stufen, wobei die letzte Stufe mit Flüssigtreibstoff betrieben wird und die erste\u00a0 bis dritte Stufe mit festem Treibstoff arbeiten. Vega hat eine Höhe von etwa 30 Metern und wiegt bei ihrem Start gut 140 Tonnen.\u00a0Die ersten beiden Stufen beschleunigen die Rakete auf eine Geschwindigkeit von etwa 2 km\/s, während die dritte Stufe die Rakete auf eine Höhe von etwa 200 Kilometern bringt. Die vierte und letzte Stufe schließlich sorgt dafür, dass die Nutzlast auf ihre endgültige Umlaufbahn gebracht wird.<\/p>\n

Vega ist in der Lage, eine Nutzlast von bis zu 1.500 kg in eine sonnensynchrone Orbit zu bringen. Die Rakete wurde so konzipiert, dass sie eine flexible und zuverlässige Lösung für den Start von Kleinsatelliten und speziellen Missionen bietet. Sie ist daher ein guter Ausgangspunkt für preiswerte Satellitenmissionen wie diese,<\/p>\n

Vega ist ein wichtiger Bestandteil des europäischen Weltraumprogramms und hat bereits erfolgreich mehrere Missionen durchgeführt, einschließlich der Verteilung von Satelliten für Kunden aus der ganzen Welt. Mit ihrer hohen Präzision und ihrer Fähigkeit, eine große Bandbreite an Nutzlasten zu tragen, ist Vega eine wichtige Lösung für die europäische Raumfahrt und trägt dazu bei, Europa als führende Kraft in der Weltraumtechnologie zu positionieren.<\/p>\n

Dann noch eine kleine einführung in Ionentriebwerke: Echte\u00a0Ionenantriebe (elektrostatische Ionenantriebe) arbeiten auf der Bildung von Ionen ohne vorherige Erzeugung eines Plasmas. Dafür ist auch der Treibstoff ein anderer: es werden Elemente benutzt, die leicht ionisierbar, leicht verdampfbar, und schwer sind (hohes Molekulargewicht). Ein idealer Treibstoff ist dabei ist jetzt noch nicht gefunden. Verwendet werden Alkalielemente wie Cäsium und Rubidium (leicht ionisierbar, aber niedrige Dichte und müssen erst verdampft werden), Quecksilber (leicht verdampfbar, hohe Dichte, schwer ionisierbar) und Xenon (schwer ionisierbar, gasförmig – geringe Dichte). Alle Elemente haben hohes Molekulargewicht, die Dichte und damit die Tanks die benötigt werden ist jedoch sehr unterschiedlich. Derzeit wird Xenon am meisten verwendet, weil es schon gasförmig und leicht in Drucktanks gelagert werden kann.<\/p>\n

Quecksilber ist noch günstiger handhabbar, jedoch giftig und daher ein Problem wenn es zu einem Fehlstart kommen sollte. Es wird heute daher seltener eingesetzt. Heute wird meist das sehr teure Edelgas Xenon<\/a> eingesetzt. Es hat eine hohe Molekularmasse, reagiert viel weniger mit dem Gitter am Ionenntriebwerksausgang an dem das elektrische Feld anliegt. Neben den hohen Kosten ist ein weiterer Nachteil das es als Gas nur in schweren Druckgastanks gelagert werden kann. Die Firma SpaceX hat das nächste leichtere Edelgas Krypton im Einsatz. Der Vorteil von Krypton ist das es erheblich billiger. Hinsichtlich Masse\/Tankmasseverhältnis und Ausströmgeschwindigkeit schneidet es schlechter ab, doch da Krypton nur in den Starlink Satelliten zum Einsatz die einen relativ geringen Geschwindigkeitsbedarf haben ist der Kostenvorteil das schlagkräftigere Argument.<\/p>\n

Das Prinzip beruht darauf, dass der verdampfte Treibstoff zuerst ionisiert wird. Dafür haben sich verschiedene Methoden eingebürgert. Dies kann durch Elektronenbeschuss, Hochfrequenzstrahlung oder eine andere Ionisationsmethode geschehen. Danach werden die Ionen beschleunigt zumeist durch Anlegen eines elektrischen Feldes. Dem Abgasstrahl aus Ionen werden die entzogenen Elektronen danach wieder zugeführt. Der Wirkungsgrad dieser Triebwerke ist relativ hoch er liegt bei 70-80 Prozent des zugeführten elektrischen Stromes. Zahlreiche Triebwerke dieses Typs wurden am Boden und auch auf Satelliten erprobt. So auf der Plattform Eureka, dem Nachrichtensatelliten Artemis und geplant für die Smart 1<\/a> Mission. Die Ausströmgeschwindigkeiten können bis zu 200 km\/s erreichen, die bisherigen Triebwerke arbeiten mit spezifischen Impulsen von 30.000-40.000 m\/s.<\/p>\n

Bei den elektrostatischen Triebwerken gibt es noch weitere Untergruppen die sich in der Art wie ionisiert oder das Plasma beschleunigt wird unterscheiden. Mit dieser Gruppe von Antrieben liegt die größte Erfahrung vor und zahlreiche Typen sind mittlerweile als Lageregelungstriebwerke oder zum Antrieb eingesetzt worden. Die Erfahrungen im Einsatz gibt es seit Mitte der sechziger Jahre und sie sind dem Experimentalstadium längst entwachsen. Sowohl Kaufmann Triebwerke, wie Hall Effect Triebwerke wie auf Radiofrequenz induzierte Triebwerke sind solche elektrostatischen Triebwerke, sie unterscheiden sich primär in der Ionisationsmethode.<\/p>\n

Der Merkur ist noch geeigneter für Ionenantriebe, weil deren Vorteile hier besser zu Geltung kommen:<\/p>\n