{"id":19009,"date":"2026-10-21T17:05:14","date_gmt":"2026-10-21T15:05:14","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=19009"},"modified":"2026-10-21T17:05:14","modified_gmt":"2026-10-21T15:05:14","slug":"zum-mond-mit-ionentriebwerken","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2026\/10\/21\/zum-mond-mit-ionentriebwerken\/","title":{"rendered":"Zum Mond \u2013 mit Ionentriebwerken"},"content":{"rendered":"<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p id=\"pvc_stats_19009\" class=\"pvc_stats all  \" data-element-id=\"19009\" style=\"\"><i class=\"pvc-stats-icon medium\" aria-hidden=\"true\"><svg aria-hidden=\"true\" focusable=\"false\" data-prefix=\"far\" data-icon=\"chart-bar\" role=\"img\" xmlns=\"http:\/\/www.w3.org\/2000\/svg\" viewBox=\"0 0 512 512\" class=\"svg-inline--fa fa-chart-bar fa-w-16 fa-2x\"><path fill=\"currentColor\" d=\"M396.8 352h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V108.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v230.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm-192 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V140.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v198.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm96 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V204.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v134.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zM496 400H48V80c0-8.84-7.16-16-16-16H16C7.16 64 0 71.16 0 80v336c0 17.67 14.33 32 32 32h464c8.84 0 16-7.16 16-16v-16c0-8.84-7.16-16-16-16zm-387.2-48h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8v-70.4c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v70.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8z\" class=\"\"><\/path><\/svg><\/i> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"16\" height=\"16\" alt=\"Loading\" src=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-content\/plugins\/page-views-count\/ajax-loader-2x.gif\" border=0 \/><\/p>\n<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p>Als ich den Grundlagenartikel &uuml;ber zuk&uuml;nftige Antriebe schrieb, wurde mir klar, dass aus praktischen Gr&uuml;nden f&uuml;r Ionentriebwerke nur wenige Einsatzzwecke &uuml;brig bleiben. Einer davon ist jedoch relativ bedeutsam: der Transport von Fracht zum Mond. Hier k&ouml;nnen Ionentriebwerke ihre volle St&auml;rke ausspielen:<\/p>\n<ul>\n<li>Es gibt kein Startfenster. Man kann im Prinzip jederzeit zum Mond starten.<\/li>\n<li>Der Gewinn durch den hyperbolischen Exzess ist klein. Chemisch ben&ouml;tigt man mindestens 4 km\/s, um von einem LEO in einen LMO (Low Moon Orbit) zu gelangen. Mit Ionentriebwerken sind es etwa 8,4 km\/s. Das ist zwar mehr, aber der Unterschied zwiachen chemisch und elektrisch bei dem Transfer zum Mars ist deutlich gr&ouml;&szlig;er.<\/li>\n<li>Wir reden bei schweren Lasten von einer Schwerlastmission mit entsprechenden Kosten, also entweder einer gro&szlig;en SLS, zwei bis drei Starts einer Rakete wie der New Glenn oder Falcon Heavy oder 10 bis 20 Starts eines Starships. Durch den Einsatz von Ionentriebwerken kann ich hier deutlich mehr Geld sparen als bei einer kleinen Tr&auml;gerrakete.<\/li>\n<\/ul>\n<p><!--more-->Modelliert habe ich allerdings keine SLS-Mission, sondern eine 3,3 t schwere Mission, die mit der Vega gestartet wird. Der Grund ist relativ einfach: Hier befinden wir uns in einem Bereich, in dem alles, was wir brauchen, bereits zur Verf&uuml;gung steht. Solargeneratoren der richtigen Gr&ouml;&szlig;e, Ionentriebwerke der passenden Leistung und Tanks mit dem ben&ouml;tigten Volumen existieren bereits. Ich muss sie in meiner Simulation nur aus einer Liste ausw&auml;hlen.<\/p>\n<p>Das Konzept l&auml;sst sich jedoch leicht in der Masse skalieren. Bei den Tanks, deren Masse von Druck und Volumen bestimmt wird, &auml;ndert sich durch die Skalierung nur wenig. Bei Solararrays gibt es sogar Optimierungsm&ouml;glichkeiten, etwa den Ersatz starrer Fl&uuml;gel durch ausrollbare, leichtere Arrays wie die neuen ROSA-Arrays der ISS. Auch gr&ouml;&szlig;ere Ionentriebwerke sind tendenziell leichter als ein B&uuml;ndel kleiner Triebwerke. Hinzu kommt die ben&ouml;tigte Struktur: ein Bus, in dem alle Systeme untergebracht werden, einschlie&szlig;lich Bordcomputer, Thermalregulation, Stromverkabelung und Kommunikation. Diese Struktur wird relativ gesehen leichter, je gr&ouml;&szlig;er die Mission wird. Vor allem Avionik und Kommunikationssysteme nehmen im Gewicht praktisch nicht zu.<\/p>\n<h2 class=\"western\">Der Weg<\/h2>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/vg02.met.vgwort.de\/na\/38ba4a61871a4bfdace91b7c1d1363f8\" width=\"1\" height=\"1\" alt=\"\"\/><br \/>\nDer Weg zum Mond ist relativ einfach: Man startet die Mission in einen LEO, der hoch genug ist, dass die Abbremsung durch die Restatmosph&auml;re bei den gro&szlig;en Solararrays keine wesentliche Rolle spielt, und spiralisiert sich dann nach au&szlig;en, bis der entfernteste Punkt der Umlaufbahn die Mondbahn erreicht.<\/p>\n<p>Anschlie&szlig;end n&auml;hert sich die Sonde dem Mond an und gleicht ihre Bahn an dessen Umlaufbahn an (Phase 2). Zuletzt bremst sie ab und l&auml;sst sich zun&auml;chst in eine elliptische Umlaufbahn einfangen, die anschlie&szlig;end zu einem 100-km-Orbit zirkularisiert wird. (Phase 3).<\/p>\n<p>Das daf&uuml;r erforderliche \u0394v ist relativ einfach zu berechnen. F&uuml;r die Phasen 1 und 2 entspricht es n&auml;herungsweise der Differenz der Kreisbahngeschwindigkeiten zwischen LEO und Mondumlaufbahn um die Erde, also etwa 6,5 km\/s. Beim Einfangen muss man den Unterschied zwischen einer Fluchtbahn am Mond und einer Kreisbahn ausgleichen. Das sind rund 0,66 km\/s. Hinzu kommt die Kreisbahngeschwindigkeit in der Mondumlaufbahn um die Erde, rund 1 km\/s, sodass man insgesamt auf etwa 1,7 km\/s f&uuml;r Phase 2+3 kommt.<\/p>\n<p>Wie man sieht, entf&auml;llt der Gro&szlig;teil des Geschwindigkeitsbedarfs auf die erste Phase. F&uuml;r diese habe ich eine Berechnung ausgehend aus einer 600 km Bahn durchgef&uuml;hrt:<\/p>\n<table width=\"643\" cellspacing=\"1\" cellpadding=\"2\">\n<tbody>\n<tr>\n<th width=\"284\"><b>Bahnen<\/b><\/th>\n<th width=\"345\"><\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Bahnform<\/td>\n<td width=\"345\">Bahn ist eine Ellipse<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Perihel\/Perig&auml;um:<\/td>\n<td width=\"345\">600,00 km<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Aphel\/Apog&auml;um:<\/td>\n<td width=\"345\">600 km<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Umlaufszeit:<\/td>\n<td width=\"345\">1 h 36 m<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\"><b>Bahnen<\/b><\/td>\n<td width=\"345\"><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Bahnform<\/td>\n<td width=\"345\">Bahn ist eine Ellipse<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Perihel\/Perig&auml;um:<\/td>\n<td width=\"345\">263.789,95 km<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Aphel\/Apog&auml;um:<\/td>\n<td width=\"345\">405.767,51 km<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Umlaufszeit:<\/td>\n<td width=\"345\">22 d 22 h<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Missionszeit mit Freiflugphase<\/td>\n<td width=\"345\">275 d 6 h<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\"><b>Simulationseinstellungen<\/b><\/td>\n<td width=\"345\"><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">davon angetrieben:<\/td>\n<td width=\"345\">176 d 5 h<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Entfernung bei Sim-Ende:<\/td>\n<td width=\"345\">378.022,2 km<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Geschwindigkeit bei Sim-Ende:<\/td>\n<td width=\"345\">951,6 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Startgeschwindigkeit:<\/td>\n<td width=\"345\">7.558,0 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\"><\/td>\n<th width=\"345\"><b>Simulationsvorgaben<\/b><\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Schubrichtung:<\/td>\n<td width=\"345\">Winkel zur Bewegungsrichtung 0,0 Grad<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Abbruchbedingung der Simulation:<\/td>\n<td width=\"345\">Betrieb bis die Bahn das Zielaphel\/-apog&auml;um &uuml;berschreitet<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Erreicht Apo-Punkt:<\/td>\n<td width=\"345\">405.000,0 km<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\"><b>Ionentriebswerksmodul<\/b><\/td>\n<td width=\"345\"><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Startgewicht:<\/td>\n<td width=\"345\">3.000,0 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Aktuelles Gewicht:<\/td>\n<td width=\"345\">2.662,0 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Nutzlast<\/td>\n<td width=\"345\">1.600,0 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Stromversorgung:<\/td>\n<td width=\"345\">35.210,0 Watt @ 1 AE<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Strom beim Start:<\/td>\n<td width=\"345\">35.210,0 Watt @ 1 AE<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Eigenstromverbrauch:<\/td>\n<td width=\"345\">500,0 Watt<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Maximal nutzbar:<\/td>\n<td width=\"345\">35.210,0 Watt<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Gewicht Stromversorgung:<\/td>\n<td width=\"345\">414,2 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Spezifisches Gewicht Stromversorgung:<\/td>\n<td width=\"345\">85,0 W\/kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Treibstoff beim Start:<\/td>\n<td width=\"345\">580,7 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Treibstoff aktuell:<\/td>\n<td width=\"345\">199,2 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Tanks:<\/td>\n<td width=\"345\">52,3 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Tankanteil:<\/td>\n<td width=\"345\">9,00 Prozent<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Treibstoff f&uuml;r maximal:<\/td>\n<td width=\"345\">8.713 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Anzahl Triebwerke:<\/td>\n<td width=\"345\">6 St&uuml;ck<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Gewicht Triebwerke:<\/td>\n<td width=\"345\">52,8 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Gewicht Strukturen:<\/td>\n<td width=\"345\">300,0 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\"><b>Triebwerkseinstellungen<\/b><\/td>\n<td width=\"345\"><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Bezeichnung Triebwerk:<\/td>\n<td width=\"345\">Rit 2X<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Spezifischer Impuls:<\/td>\n<td width=\"345\">40.500,0 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Schub pro Triebwerk:<\/td>\n<td width=\"345\">0,200 Newton<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Treibstoffverbrauch pro Triebwerk:<\/td>\n<td width=\"345\">0,320 kg\/d<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Strom pro Triebwerk:<\/td>\n<td width=\"345\">5.785 Watt<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Gewicht Triebwerk:<\/td>\n<td width=\"345\">8,80 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Effizienz:<\/td>\n<td width=\"345\">65,00 Prozent<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Gesamtzeit mit Freiflugphase:<\/td>\n<td width=\"345\">275 d 6 h<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td width=\"284\">Gesamte Geschwindigkeits&auml;nderung:<\/td>\n<td width=\"345\">4.841,9 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Ich habe es mit meinem Lieblingstriebwerk RIT-2X modelliert, bei dem kleinen \u0394v k&auml;men auch Triebwerke mit einem kleineren spezifischen Impuls in Frage, dann verk&uuml;rzt sich die Reisezeit daf&uuml;r sinkt die Nutzlast um 100-200 kg je nach Ausst&ouml;mgeschwindigkeit. Hier ein Massen-Breakdown f&uuml;r die Mission:<\/p>\n<table width=\"100%\" cellspacing=\"0\" cellpadding=\"4\">\n<tbody>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"50%\">System<\/td>\n<td width=\"50%\">Masse<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"50%\">Startgewicht:<\/td>\n<td width=\"50%\">3.000 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"50%\">Davon Nutzlast:<\/td>\n<td width=\"50%\">1.700 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"50%\">Davon Solargenerator<\/td>\n<td width=\"50%\">414,2 kg (35,21 kW)<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"50%\">Davon Treibstoff und Tanks:<\/td>\n<td width=\"50%\">633 kg (53 kg Tanks alleine)<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"50%\">Davon Triebwerke:<\/td>\n<td width=\"50%\">52,8 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr valign=\"top\">\n<td width=\"50%\">Davon Bus<\/td>\n<td width=\"50%\">300 kg<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Wir haben also &uuml;ber 50 % der LEO-Nutzlast in einem 100-km-Mondorbit. Die gesamte Mission d&uuml;rfte ungef&auml;hr ein Jahr dauern, weil bereits drei Viertel der angetriebenen Phase absolviert sind. Deshalb habe ich mir auch die Simulation der beiden anderen Phasen gespart.<\/p>\n<p>Zum Vergleich: Eine SLS kann in der ersten Version mit ICPS 72 t in einen LEO und 28 t auf eine TLI-Bahn bef&ouml;rdern. Rechnet man f&uuml;r das Antriebssystem der Orion mit einem Strukturfaktor von 8 und einem spezifischen Impuls von 3050 m\/s f&uuml;r das AJ10, so w&uuml;rde sie f&uuml;r ein zus&auml;tzliches \u0394v von 900 m\/s, um in einen Mondorbit einzuschwenken, weitere 7,15 t Treibstoff verbrauchen. Dies f&uuml;hrt zu einer zus&auml;tzlichen Masse von etwa 1 t f&uuml;r die Tanks. Ohne diese Zusatzmasse w&uuml;rden noch 19,85 t netto im Mondorbit ankommen.<\/p>\n<p>Das ist nat&uuml;rlich nur eine reine \u0394v-Rechnung. Technisch m&ouml;glich w&auml;re dieses Szenario, wenn man das Servicemodul der Orion verwendet, die Kapsel jedoch wegl&auml;sst und durch Fracht ersetzt. Der Nutzlastanteil betr&auml;gt dann 27,5 % gegen&uuml;ber 56,7 % beim Einsatz des Ionenantriebs, also weniger als die H&auml;lfte. W&uuml;rde man in der Realit&auml;t das Orion-Servicemodul einsetzen, w&auml;re das deutlich ung&uuml;nstiger, denn es hat nicht nur die Funktion, Orbit&auml;nderungen durchzuf&uuml;hren, sondern enth&auml;lt auch alle Ressourcen f&uuml;r die bemannte Mission. Es wiegt 15,61 t mit und 6,19 t ohne Treibstoff und w&uuml;rde somit gerade die ben&ouml;tigte Treibstoffmenge aufnehmen. Mit dem ESM w&uuml;rden 14,66 t Nutzlast in den LMO-Orbit transportiert werden. Bei Optimierungen, da man die Gas- und Wasservorr&auml;te weglassen kann, w&auml;ren vielleicht 15 t m&ouml;glich. Sinnvollerweise w&uuml;rde man eine einfache Stufe konstruieren, die nicht ganz so komplex w&auml;re das ESM ist. Au&szlig;erdem w&auml;re nat&uuml;rlich m&ouml;glich bei einem Mondlander das dieser sich selbst in die Umlaufbahn einbremst. In jedem Falle ist jede L&ouml;sung einem Ionentransfermodul unterlegen.<\/p>\n<p>19,85 t Nutzlast im Mondorbit sind heute allerdings nicht besonders viel. Das ist zwar mehr als die Masse des Apollo-Mondlanders, aber eine derart leichte und zugleich riskante Konstruktion w&uuml;rde man heute nicht mehr bauen. Man wei&szlig; zwar nicht genau, wie viel der Blue Moon wiegt, doch nach den ver&ouml;ffentlichten Skizzen, die drei Starts vorsehen, d&uuml;rfte er deutlich schwerer sein als der Apollo-Mondlander.<\/p>\n<p>Eine entsprechend hochskalierte Ionenantriebs-Mission w&uuml;rde dagegen 40,8 t in den Mondorbit transportieren. L&auml;sst man, wie ich es beim chemischen Antrieb getan habe, keinen Resttreibstoff zur&uuml;ck, so sind es sogar 42,9 t. Ein solcher Flug w&uuml;rde also zwei SLS-Missionen ersetzen k&ouml;nnen, und man k&ouml;nnte mit einer SLS einen vollst&auml;ndig betankten Mondlander auf einmal transportieren.<\/p>\n<p>Allerdings gilt das nicht f&uuml;r den Blue Moon, denn dieser arbeitet mit kryogenen Treibstoffen. Selbst mit der von Blue Origin angek&uuml;ndigten \u201eZero Boil-off\u201c-Technologie d&uuml;rften diese &uuml;ber einen Zeitraum von einem Jahr kaum ohne nennenswerte Verluste fl&uuml;ssig bleiben. Andererseits erreicht die Nutzlast einen niedrigen Mondorbit, was gegen&uuml;ber einem Halo-Orbit Treibstoff spart.<\/p>\n<p>Man kann nat&uuml;rlich auch anders rechnen: Um die 19,85 t der SLS mit einem Ionenantrieb aus einem 600 km hohen LEO zum Mond innerhalb eines Jahres zu bef&ouml;rdern, br&auml;uchte man nur eine Startmasse von rund 35 t. Damit liegt man bereits in dem Bereich, den eine New Glenn abdeckt. In die kleine Nutzlastverkleidung der Falcon Heavy passt der Mondlander dagegen nicht. Selbst die derzeitige Version des Starship erreicht etwa 36 t, also w&uuml;rde ein Starship-Start anstelle von 20 Starts gen&uuml;gen.<\/p>\n<p>Die SLS ist extrem teuer, was auch daran liegt, dass man nur eine Rakete alle zwei Jahre fertigt. Von der Saturn V baute man dagegen bis 1969 etwa f&uuml;nf Exemplare pro Jahr und lagerte sie anschlie&szlig;end ein. Das ist deutlich effizienter. Eine New Glenn, um nur ein Tr&auml;gersystem herauszugreifen, tr&auml;gt dagegen ein ganz anderes Preisschild. Da ihre Nutzlast mit der der Ariane 64 vergleichbar ist, d&uuml;rfte sie nicht wesentlich teurer sein. Also etwa in der Gr&ouml;&szlig;enordnung von \u00b1200 Millionen Dollar. Das ist rund ein Zehntel des Preises einer SLS. Der Ionenantrieb k&ouml;nnte also erheblich Geld einsparen.<\/p>\n<p>Da derzeit lediglich eine Mission alle zwei Jahre stattfindet, hat man auch gen&uuml;gend Zeit, einen Mondlander im Orbit zu positionieren. Eine andere Einsatzm&ouml;glichkeit w&auml;re der Frachttransport zur Mondoberfl&auml;che, also von Habitaten, Ausr&uuml;stung und Ressourcen, ebenso wie unbemannte schwere Raumsonden oder, weiter gedacht, eine R&uuml;ckkehrstufe f&uuml;r Orion. Diese kommt mit ihrem Treibstoffvorrat, der f&uuml;r den Halo-Orbit ausgelegt ist, zwar bis in einen LMO, aber nicht mehr zur&uuml;ck. Der LMO spart dem Mondlander Treibstoff ein, denn dieser muss rund 1300 m\/s weniger \u0394v aufbringen, was allerdings von Orion zus&auml;tzlich geleistet werden muss.<\/p>\n<p>Der f&uuml;r Artemis vorgesehene Halo-Orbit w&auml;re dagegen f&uuml;r ein Ionentriebwerk besonders attraktiv. Da seine Bahn stark elliptisch ist, erfordert das Einschwenken nur eine vergleichsweise geringe Abbremsung. Ob dieser Orbit nach der Streichung des Lunar Gateway weiterhin vorgesehen ist, bleibt allerdings offen.<\/p>\n<p>Aber die Skalierung ist an und f&uuml;r sich schon eine Herausforderung. Wir haben hier ungef&auml;hr den Faktor 20 bei der Startmasse. Die Vega-Mission kommt mit zwei Solarzellenfl&uuml;geln aus, wie sie auch JUICE einsetzt. Das ist das mir bekannteste gr&ouml;&szlig;te bisehr eingesetzte Solarsegel eines Satelliten\/Raumsonde. Zwei weitere Montagefl&auml;chen sind noch frei. Das w&uuml;rde die Leistung verdoppeln. Die Module k&ouml;nnen gr&ouml;&szlig;er werden, weil bei der SLS mehr Platz zur Verf&uuml;gung steht. Ich halte jedoch ausrollbare Arrays f&uuml;r die bessere L&ouml;sung. Sie wurden bereits auf der ISS eingesetzt.<\/p>\n<p>Der Tank ist dagegen recht einfach skalierbar, oder man setzt einfach mehrere Tanks ein. Der Treibstoff der Vega-Mission f&uuml;llt etwa die H&auml;lfte des gr&ouml;&szlig;ten Tanks, den MT Aerospace im Angebot hat. Am aufwendigsten ist die Skalierung der Ionentriebwerke, und sie ist auch zeitintensiv, denn die Triebwerke m&uuml;ssen rund ein Jahr lang arbeiten. Folglich muss man sie auch etwa ein Jahr lang testen. Andererseits ist eine Betriebsdauer von einem Jahr heute kein besonders anspruchsvolles Ziel mehr. Aktuelle Ionentriebwerke sind f&uuml;r 2,5 bis 3 Jahre Dauerbetrieb qualifiziert.<\/p>\n<p>Trotzdem braucht man deutlich leistungsf&auml;higere Ionentriebwerke. Das RIT-2X ist ein typisches Triebwerk f&uuml;r den Antrieb von GTO-Satelliten und Raumsonden mit einer Leistungsaufnahme von 4 bis 5 kW. Davon ben&ouml;tigt man bei der Vega-Mission f&uuml;nf bis sechs St&uuml;ck. Das ist keine ungew&ouml;hnliche Zahl, denn Ionentriebwerke werden f&uuml;r Antriebszwecke nur selten einzeln eingesetzt. Hochskaliert br&auml;uchte man bei f&uuml;nf bis sechs Triebwerken jedoch Aggregate mit einer Leistungsaufnahme von rund 80 bis 100 kW. Die bisher gr&ouml;&szlig;ten entwickelten, wenn auch noch nicht eingesetzten Triebwerke sind NASAs NEXIS und HiPEP mit Maximalleistungen von 25 beziehungsweise 39 kW. Damit liegt man immerhin nur noch um einen Faktor von 3 bis 4 unter dem, was ben&ouml;tigt w&uuml;rde.<\/p>\n<p>Auf der anderen Seite kann man, wenn der Platz vorhanden ist, auch 28 NEXIS- oder 18 HiPEP-Triebwerke einsetzen. Die NASA forscht derzeit f&uuml;r die SR-1-Mission an MPD-Ionenantrieben mit 120 kW Leistung. Langfristig soll die Technologie auf 500 bis 1000 kW skaliert werden. MPD-Antriebe (magnetoplasmadynamische Triebwerke) wurden in den Sechzigern untersucht, sind seit Jahrzehnten aber eher un&uuml;blich. Sie ionisieren den Treibstoff direkt durch einen Lichtbogen, anders als die heute dominierenden Technologien, die ohne einen solchen Hochtemperaturprozess auskommen. Die Technologie der Plsmatriebwerke besitzt einen niedrigeren Wirkungsgrad und einen geringeren spezifischen Impuls, liefert daf&uuml;r aber einen h&ouml;heren Schub. Bei MPD-Antrieben wird das erzeugte Plasma zus&auml;tzlich durch ein elektromagnetisches Feld beschleunigt, was Wirkungsgrad und spezifischen Impuls etwas erh&ouml;ht.<\/p>\n<p>Beim Transfer zum Mond mit einer geringen Geschwindigkeits&auml;nderung w&auml;ren diese Antriebe durchaus eine &Uuml;berlegung wert, denn bei der Vega-Mission macht der Treibstoff nur etwa 550 von 3000 kg Startmasse aus. Selbst wenn die Treibstoffmasse wegen des niedrigeren spezifischen Impulses eines MPD-Antriebs doppelt so hoch w&auml;re, bliebe das vertretbar. Problematischer f&uuml;r das Gesamtsystem ist eher der niedrige Wirkungsgrad. Dieser liegt bei MPD-Antrieben bei etwa 40 bis 50 %, w&auml;hrend elektrostatische Antriebe, die heute dominieren, 70 bis 80 % erreichen k&ouml;nnen. Dadurch steigt auch die Masse des elektrischen Systems, das fast genauso viel wie der Treibstoff wiegt und wir reden dann auch von einer Verlustleistung von Hunderten Kilowatt, die man &uuml;ber Radiatoren abf&uuml;hren muss. Da der niedrige Wirkungsgrad gleichzeitig mehr Verlustleistung bedeutet ist das ein Nachteil von MPD-Triebwerken.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-medium\" src=\"\/img\/payload-moon-ion1.png\" width=\"800\" height=\"600\" \/><\/p>\n<p>Die beiden Grafiken zeigen den Zusammenhang zwischen spezifischen Impuls und Nutzlast. Tendenziell steigt die Nutzlast mit zunehmendem spezifischem Impuls an, allerdings immer langsamer. Die h&ouml;chste Nutzlast von etwa 48,7 t wird bei einem spezifischen Impuls von 59.000 m\/s erreicht, danach nimmt sie wieder ab. Die zweite Abbildung zeigt den Grund daf&uuml;r: Zwar sinkt der Treibstoffanteil mit steigendem spezifischem Impuls, doch da der Leistungsbedarf nicht linear, sondern quadratisch zunimmt, w&auml;chst die Masse der Stromversorgung st&auml;rker an. Schlie&szlig;lich macht sie den gr&ouml;&szlig;ten Anteil des Ionenantriebsmoduls ohne Nutzlast aus.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-medium\" src=\"\/img\/payload-moon-ion2.png\" width=\"800\" height=\"600\" \/><\/p>\n<p>Im Einsatz befindliche Triebwerke liegen meist bei 30 bis 40 km\/s Ausstr&ouml;mgeschwindigkeit. Der Verlust gegen&uuml;ber dem Optimum ist gering: 44,8 t Nutzlast werden bei 30 km\/s Ausstr&ouml;mgeschwindigkeit erreicht, 47,4 t bei 40 km\/s.<\/p>\n<p>Die Zusammenh&auml;nge bei Ionentriebwerken sind komplex. So steigt bei einer h&ouml;heren Ausstr&ouml;mgeschwindigkeit nicht nur der Stromverbrauch, sondern auch die Betriebsdauer. Optimiert man auf eine m&ouml;glichst kurze Betriebszeit, ergibt sich ein etwas anderes Bild. Bei einem spezifischen Impuls von rund 30 km\/s wird mit 118 Tagen die k&uuml;rzeste reine Betriebsdauer erreicht. In der Realit&auml;t dauert die Reise durch Freiflugphasen sowie Zeiten im Erd- oder Mondschatten immer l&auml;nger. Der Unterschied bleibt dennoch gering. Bei 40 km\/s ben&ouml;tigt man nur sechs Tage mehr, bei 20 km\/s sind es 20 Tage zus&auml;tzlich.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-medium\" src=\"\/img\/payload-moon-ion3.png\" width=\"800\" height=\"600\" \/><\/p>\n<p>Der niedrige spezifische Impuls hat allerdings einen wichtigen Vorteil: Sowohl die Anzahl der Triebwerke als auch die ben&ouml;tigte elektrische Leistung sind geringer. Man bewegt sich also eher in einem technologisch erreichbaren Bereich. Bei 20 km\/s Ausstr&ouml;mgeschwindigkeit ben&ouml;tigt man 677 kW Leistung und muss einen Schub von 42 N erzeugen. Bei 40 km\/s sind dagegen 1558 kW und ein Schub von 51 N erforderlich.<\/p>\n<h4 class=\"western\">Eine Nummer kleiner?<\/h4>\n<p>Neben den bemannten Missionen planen viele Nationen derzeit unbemannte Missionen. China hat Chang\u2019e-7 gerade verschoben, Russland hat Luna-25 verloren und die ESA hat gerade einige Mondlandemissionen vorgestellt. Im Prinzip kann man auch daf&uuml;r diesen Transfer einsetzen. Nur die Landung aus dem LMO m&uuml;sste dann noch chemisch erfolgen. Dann reden wir aber von einer Masse im Erdorbit, die deutlich n&auml;her an der Vega-Mission ist. Mit den st&auml;rksten serienm&auml;&szlig;igen Ionentriebwerken d&uuml;rfte man ohne Neuentwicklungen auskommen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p id=\"pvc_stats_19009\" class=\"pvc_stats all  \" data-element-id=\"19009\" style=\"\"><i class=\"pvc-stats-icon medium\" aria-hidden=\"true\"><svg aria-hidden=\"true\" focusable=\"false\" data-prefix=\"far\" data-icon=\"chart-bar\" role=\"img\" xmlns=\"http:\/\/www.w3.org\/2000\/svg\" viewBox=\"0 0 512 512\" class=\"svg-inline--fa fa-chart-bar fa-w-16 fa-2x\"><path fill=\"currentColor\" d=\"M396.8 352h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V108.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v230.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm-192 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V140.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v198.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zm96 0h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8V204.8c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v134.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8zM496 400H48V80c0-8.84-7.16-16-16-16H16C7.16 64 0 71.16 0 80v336c0 17.67 14.33 32 32 32h464c8.84 0 16-7.16 16-16v-16c0-8.84-7.16-16-16-16zm-387.2-48h22.4c6.4 0 12.8-6.4 12.8-12.8v-70.4c0-6.4-6.4-12.8-12.8-12.8h-22.4c-6.4 0-12.8 6.4-12.8 12.8v70.4c0 6.4 6.4 12.8 12.8 12.8z\" class=\"\"><\/path><\/svg><\/i> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"16\" height=\"16\" alt=\"Loading\" src=\"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/wp-content\/plugins\/page-views-count\/ajax-loader-2x.gif\" border=0 \/><\/p>\n<div class=\"pvc_clear\"><\/div>\n<p>Als ich den Grundlagenartikel &uuml;ber zuk&uuml;nftige Antriebe schrieb, wurde mir klar, dass aus praktischen Gr&uuml;nden f&uuml;r Ionentriebwerke nur wenige Einsatzzwecke &uuml;brig bleiben. Einer davon ist jedoch relativ bedeutsam: der Transport von Fracht zum Mond. Hier k&ouml;nnen Ionentriebwerke ihre volle St&auml;rke ausspielen: Es gibt kein Startfenster. Man kann im Prinzip jederzeit zum Mond starten. 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