Eine neue Ära für den Antrieb im Weltraum? Ein Ionentriebwerk, das 25-mal leistungsstärker ist als das derzeit beste NASA-Modell, wurde soeben erfolgreich im Labor getestet. Diese Technologie, die elektromagnetische Felder und verdampftes Lithium kombiniert, könnte eines Tages Astronauten relativ schnell zum Mars bringen.
Ionentriebwerke funktionieren ganz anders als herkömmliche chemische Antriebe. Anstatt Treibstoff zu verbrennen, nutzen sie elektrische Felder, um geladene Teilchen zu beschleunigen und so einen Schub zu erzeugen. Dieser Schub ist zunächst langsam, summiert sich aber allmählich zu hohen Geschwindigkeiten. Vor allem verbrauchen diese Triebwerke 90 % weniger Treibstoff, was die Raumfahrzeuge leichter macht und die Startkosten senkt.
Bild aus einem aktuellen Test des neuen magnetoplasmadynamischen Antriebs (MPD) der NASA/JPL, der mit metallischem Lithiumdampf arbeitet und Leistungen weit über den heutigen elektrischen Systemen erreichen kann.
Quelle: NASA/JPL Der getestete Prototyp ist ein mit Lithium betriebener magnetoplasmadynamischer Antrieb. Er erzeugt starke elektrische Ströme, die mit einem Magnetfeld wechselwirken, um Lithium-Ionen zu beschleunigen. Dieses neue Triebwerk, das in einer acht Meter langen Vakuumkammer installiert wurde, führte am 24. Februar fünf Testzündungen durch und erreichte eine Leistung von 120 Kilowatt. Dies entspricht der 25-fachen Leistung des Ionentriebwerks der Mission Psyche, dem bislang leistungsstärksten. Zudem kondensiert das Lithium leicht an den Wänden der Vakuumkammer, was Bodentests vereinfacht.
„Dies ist das erste Mal in den USA, dass ein elektrisches Antriebssystem mit so hohen Leistungsstufen arbeitet“, sagte Jared Isaacman, NASA-Administrator. Im Anschluss daran strebt das JPL-Team nun in den kommenden Jahren eine Leistung zwischen 500 Kilowatt und einem Megawatt an, mit einem Endziel von vier Megawatt. Mehrere dieser Triebwerke könnten dann ein bemanntes Raumschiff zum Roten Planeten antreiben.
Bislang bezogen Missionen mit Ionentriebwerken ihre Energie von der Sonne durch Sonnenkollektoren. Diese Methode hat jedoch zwei Nachteile: Sie erlaubt keinen Betrieb weit entfernt von der Sonne, und die erzeugte Leistung bleibt ohne gigantische Paneele begrenzt. Aus diesem Grund entwickelt die NASA ein Projekt für einen nuklearen Raumfahrtantrieb, Space Reactor‑1 Freedom, der einen kleinen Spaltreaktor an Bord haben wird, um mehr Energie bereitzustellen.
Dieser Kernreaktor soll Ende 2028 starten und eine Flottille von Mini-Drohnen zum Mars bringen. Obwohl Space Reactor‑1 Freedom vorerst ein herkömmliches Ionentriebwerk mit Xenon verwendet, ist es die Idee, diese nukleare Energiequelle künftig mit den neuen Lithium-Antrieben zu kombinieren. Diese Synergie könnte die Triebwerke hervorbringen, die die ersten Menschen zum Mars bringen.
Ionentriebwerke gibt es seit den 1960er Jahren, aber erst mit der Mission Deep Space 1 im Jahr 1998 wurden sie jenseits der Erdumlaufbahn eingesetzt. Seitdem haben sie Missionen wie Dawn zu Ceres und Vesta, Hayabusa 2, DART, SMART‑1 oder BepiColombo angetrieben. Mit der Entwicklung des nuklearen Antriebs und des neuen Lithium-Ionentriebwerks könnte diese Technologie einen Riesensprung machen.
Quelle: NASA