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Raumfahrtantriebe

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image Ionenantrieb der Deep Space 1 Sonde

Konventionelle Antriebe funktionieren nach Newtons dritter Bewegungsgleichung (Actio=Reactio). Dabei treibt sich die Rakete selber an, in dem sie Material in eine Richtung ausstößt und dadurch in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt wird. Bei chemischen Raketenantrieben wird fester oder flüssiger Treibstoffe verbrannt. Meist wird als Oxidator flüssiger Sauerstoff und als Brennstoff flüssiger Wasserstoff eingesetzt. Sie werden getrennt voneinander in großen voluminösen Tanks aufbewahrt und erst in der Brennkammer zusammengeführt. Bei der Verbrennung entsteht neben großer Hitze auch ein großer Druck, welcher über eine Düse für die Beschleunigung verantwortlich ist. Konventionelle Antriebe gelten als nicht besonders effizient, da zum einen eine große Treibstoffmenge gebraucht wird und zum anderen die erreichbare Höchstgeschwindigkeit relativ klein ist. Besonders die Menge und das Gewicht des Treibstoffes werden als Hindernis angesehen, deswegen wird nach billigeren Alternativen gesucht.

Nuklear-thermischer Antrieb

Flüssiger Wasserstoff wird durch einen Kern geleitet und dabei erhitzt. Dabei entstehen Temperaturen von bis zu 2500°C. Anschließend wird der Wasserstoff durch eine Düse ausgestoßen. Dieser Antrieb erzeugt einen mehr als doppelt so hohen Impuls pro Kilogramm als die besten chemischen Antriebe. Wegen öffentlichen Widerstandes gegen atomare Antriebe in der Raumfahrt wird seit 10 Jahren an diesem Antrieb nicht mehr geforscht.

Ionenantrieb (Solar Electric Propulsion)

Die erste Raumfahrt-Mission, die ein Ionentriebwerk verwendet hat, war 1999 die NASA Sonde Deep Space 1. Als Treibstoff beim Ionentriebwerk wird das schwere Edelgas Xenon verwendet, das in einem kleinen Tank mitgeführt wird. Das Gas wird durch Beschuss mit Elektronen zunächst ionisiert, dann elektrostatisch beschleunigt und durch eine Düse mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen, dadurch wird das Objekt nach vorne beschleunigt. Das Triebwerk, das sich stufenlos drosseln lässt, liefert einen Schub von 20 mN bis 92 mN. Im Gegensatz zu herkömmlichen chemischen Triebwerken ist dieser Schub gering, doch hat das Ionentriebwerk einen höheren Wirkungsgrad und benötigt wesentlich weniger Treibstoff. Ein weiterer Vorteil des Ionentriebwerks ist seine überproportionale Beschleunigung, die es auf "langen" Strecken zum idealen Antrieb macht.

Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket (VASIMR)

Das Raketensystem besteht aus großen magnetischen Zellen, bezeichnet als "forward," "central" und "aft.". Diese ungewöhnliche Konfiguration von Elektromagneten heißt asymmetrischer Spiegel. Die "Forward"-Zelle enthält den Hauptanteil an Gas, welches in Plasma umgewandelt wird, des weitern findet man hier das Ionisierungsteilsystem. Die "central"-Zell dient als Verstärker und erhitzt das Plasma zusätzlich. Die "aft."-Zelle garantiert, das das Plasma effizient abgetrennt wird vom Magentischen Feld. Ohne die "Aft."-Zelle würde das Plasma dem Magentischen Feld folgen und nur einen geringen Schub geben.

Gewöhnlich wird bei diesem Antrieb Wasserstoff ionisiert. Dieser wird durch elektromagnetische Wellen erhitzt und so auf die gewünschte Temperatur und Dichte gebracht. Besonders interessant an diesem Antrieb ist die Verbindung von hoher und geringer Schubleistung durch Variation. Ein erster Testflug ist für das Jahr 2004 vorgesehen.

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