Ionen treiben SMART-1 zum Mond

SMART-1 lift off
2 Oktober 2003

Nach dem erfolgreichen Start der ersten europäischen Mondsonde SMART-1 am 28. September um 1.14 Uhr MESZ vom ESA-Weltraumbahnhof Kourou erfolgte nunmehr die erste Zündung des Ionentriebwerkes. Ingenieure des Europäischen Satellitenkontrollzentrums ESOC in Darmstadt aktivierten hierzu durch ein Kommando den Antrieb der Raumsonde. Die erste Zündung gelang am 30. September um 14.28 Uhr MESZ.

Damit gelang den Ingenieuren und Wissenschaftlern der ESA ein weiterer wichtiger Schritt bei der Inbetriebnahme der Technologiesonde SMART-1 (Small Missions for Advanced Research). Bei ihrem Flug sollen verschiedene neuartige Technologien für künftige interplanetare Missionen der ESA erprobt werden. Die wichtigste Aktivität ist dabei der Einsatz eines elektrischen Antriebes, um den Raumflugkörper auf eine Bahn zum Mond zu bringen.

Elektrische Spannung jagt Ionen in den Weltraum

Die SEPP-Einheit (Solar Electric Primary Propulsion) besteht aus einem Triebwerk und einem Tank mit 82 kg Xenon. Das Edelgas wird in der SEPP durch die Zufuhr jener elektrischen Energie ionisiert, die aus den Solarzellen gewonnen wird. Dabei trennen sich die Elektronen von den Atomkernen (Ionen). Es entsteht ein Plasma. Unter der Nutzung eines physikalischen Effekts, dem so genannten Hall-Effekt, werden die Ionen aus dem Triebwerk in eine Richtung heraus in den Weltraum geschleudert und treiben so die Mondsonde an. Dabei erreichen die geladenen Teilchen eine Geschwindigkeit von 16 000 km/h, der dabei erzeugte Schub beträgt 70 mN.

Der Hall-Effekt wurde von dem amerikanischen Physiker Herbert Hall 1879 entdeckt. Der Effekt beschreibt das Entstehen einer Spannung, der Hall-Spannung, zwischen zwei Punkten in einem elektrischen Leiter durch Stromfluss und unter dem Einfluss eines Magnetfeldes. Die derart erzeugte Spannung wird in dem vom französischen Unternehmen SNECMA gebauten Triebwerk für die Beschleunigung der Ionen genutzt.

Antrieb arbeitet ausgezeichnet

Das Ionentriebwerk von SMART-1

Der erste einstündige Test des Ionentriebwerks unter Weltraumbedingungen verlief erfolgreich und reibungslos. Die Fachleute waren begeistert. Die Daten zeigen, dass die kleine Wundermaschine besser als auf der Erde arbeitet. Dort musste sie in einer Vakuum-Kammer ihre Funktionstüchtigkeit beweisen. In dem perfekten Weltall-Vakuum scheint sich der Antrieb sichtlich wohler zu fühlen. Auch dieser Test brachte SMART-1 dem Mond wieder ein kleines Stück näher.
Jetzt werden die Messdaten gründlich ausgewertet, um die genaue Beschleunigung zu errechnen und zu ermitteln inwieweit sich die Antriebsphase auf die Flugbahn ausgewirkt hat. Diese gleicht nämlich eher einer Achterbahnfahrt. Die Schwerkraft von Erde und Mond führt zu Resonanzeffekten, die wiederum sinusförmige Pendelbewegungen der Raumsonde auf ihrer Bahn erzeugen. Theoretisch ist alles berechnet, aber nun müssen praktische Erfahrungen gesammelt werden, die dann in die weiteren Berechnungen für spätere Antriebsphasen einfließen.

Nach der Überprüfung der ersten Zündung wird das Triebwerk überwiegend kontinuierlich arbeiten, um SMART-1 auf eine Bahn zu bringen, deren nächster Punkt zur Erde 20 000 km beträgt. Dann beginnt ein Wechselspiel von Antriebs- und Auswertungsphasen, bis der Raumflugkörper schließlich 200 000 km von der Erde entfernt die Nähe des Mondes erreicht hat. Unter Ausnutzung der Mondschwerkraft bei drei so genannten Gravity-Assist-Manövern soll dann eine Umlaufbahn um den Mond erreicht werden. Die Gravity-Assist-Manöver werden voraussichtlich im Dezember 2004, Ende Januar 2005 und Februar 2005 ausgeführt. Anschließend bremst das Ionentriebwerk SMART-1 auf eine niedrigere Bahn um den Mond herab. Dann beginnt die Stunde der Wissenschaftler, die mit den Bordinstrumenten unseren Erdbegleiter näher unter die Lupe nehmen wollen.

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