Elektrische Antriebe und ihre Entwicklung
Seit Jahrzehnten arbeiten Ingenieure an hocheffizienten elektrischen Antrieben. Jetzt können sie ihre Weltraumtauglichkeit auch beim Dauerantrieb von interplanetaren Sonden beweisen. SMART 1 verkörpert Europas erste Raumsonde, bei der ein Ionentriebwerk als Hauptantrieb eingesetzt wird. Endlich können die enormen Vorteile eines solchen Systems voll genutzt werden.
Ein kurzer Exkurs in die Geschichte: Der Grundgedanke elektrischer Triebwerke – zu ihnen gehört auch das bei SMART 1 verwendete Ionentriebwerk – läßt sich bereits in den Arbeiten von Ziolkowski, Oberth und von Pirquets finden. Frühe praktische Versuche wurden Anfang der 60er-Jahre sowohl in der Sowjetunion als auch in den USA durchgeführt. Seit 1962 testete die US Air Force derartige Antriebe zunächst bei suborbitalen Raketenflügen, drei Jahre später erstmals an Bord des Militärsatelliten SNAPSHOT (1965). Das mit Cäsium arbeitende kleine Triebwerk lieferte weniger als 0,5 kW Leistung. Das erste sowjetische Triebwerk wurde 1971 in den Wettersatelliten Meteor 10 eingebaut. Sein Arbeitsmedium war Quecksilber. Weiterentwicklungen dieser Plasmatriebwerke aus dem Konstruktionsbüro FAKEL kommen seitdem als Korrekturtriebwerke bei verschiedenen russischen Satelliten zum Einsatz.
Vom Erdorbit in die Tiefen des Weltraums
Seit über 30 Jahren wird auch in Deutschland an Ionentriebwerken gearbeitet. 1992 wurde auf der europäischen Forschungsplattform EURECA das erste aus Ottobrunn bei München stammende RITA-Triebwerk erprobt (MBB, heute Astrium). RITA steht für Radiofrequency Ion Thruster Assembly und beschreibt die Art des Ionisierungsverfahrens mittels Radiowellen. Inzwischen haben die Ingenieure bei Astrium das System weiterentwickelt. Sensationelle Ergebnisse lieferten elektrische Triebwerke ähnlicher Bauart an Bord des 2001 gestarteten ESA-Kommunikationssatelliten Artemis. Ursprünglich nur zur Lageregelung des Satelliten vorgesehen, bestanden sie unfreiwillig ihre Feuertaufe bei der Bahnanhebung des Satelliten von 31 000 km auf die geostationäre Bahn bei 36 000 km. Artemis war nämlich wegen eines Oberstufenfehlers der Trägerrakete auf einer nutzlosen Umlaufbahn gestrandet. Die Astrium-Antriebe konnten damit die Fähigkeit des monatelangen Dauerbetriebs nachweisen und wertvolle Erfahrungen für künftige Modelle liefern.
1998 wurde die amerikanische Sonde Deep Space 1 (DS 1) gestartet. Zum ersten Mal kam ein Ionentriebwerk zur Bahnänderung bei einer Weltraumsonde zum Einsatz. Es arbeitete über 12 000 Stunden ununterbrochen. Damit wurde der Weg künftiger Weltraumantriebe aufgezeigt, wie er jetzt auch bei SMART 1 erprobt wird.
Seit Mitte der 90er-Jahre regeln Serienausführungen verschiedener elektrischer Antriebe die Lage von Satelliten vor allem in der geostationären Bahn. Beispielsweise sind alle Boeing-Plattformen der Typen 601HP und 702 für geostationäre Kommunikationssatelliten mit Ionentriebwerken ausgestattet.
