18. Januar 2006. Ein neues Design für einen Ionenantrieb verspricht die zehnfache Effizienz beim Treibstoffverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Ionenantrieben. Nach Angaben der ESA könnte der neue Antrieb verwendet werden, um eine Sonde in den interstellaren Raum oder eine bemannte Mission zum Mars zu befördern.

Ionenantriebe arbeiten mit elektrischen Feldern, die einen Strom positiv geladener Teilchen – Ionen – vom Raumschiff weg drücken und es dadurch beschleunigen. Existierende Modelle wie der Antrieb der ESA Mission SMART-1 extrahieren die Ionen aus einem Reservoir und stoßen sie im gleichen Prozess wieder ab.

Tests am Prototypen Dual-Stage 4-Grid (DS4G) am ESA Labor für elektrische Antriebe in den Niederlanden haben gezeigt, dass ein Abgasstrahl bis zu 210 Kilometer pro Sekunde erreichen kann, mehr als zehn mal schneller als der Antrieb von SMART-1 und noch viermal schneller als der beste Prototyp eines Konkurrenten. Das bedeutet, dass ein Raumschiff mehr Gewicht bei gleicher Menge Treibstoff mitnehmen kann, oder aber schneller größere Distanzen zurücklegt.

„Bemannte oder auch Missionen mit mehr Gewicht sind dadurch im Bereich des möglichen. Sogar über interstellare Mission wird gesprochen,“ sagt Orson Sutherland von der Australian National University, Leiter des Konstruktionsteams des Antriebs.

Kollisionserosion
Der konventionelle Ionenantrieb besteht aus drei Gittern mit tausenden von milimetergroßen Löchern. Die Gitter sind an einer Kammer befestigt, welche die geladenen Teichen enthält.

Das erste Gitter ist mit mehreren tausend Volt geladen, während das zweite mit wenigen Volt beschickt wird. Die Voltdifferenz erzeugt ein elektrisches Feld, welches die Ionen aus dem Treibstoffvorrat herauszieht und sofort in den Weltraum hinaus beschleunigt. Das dritte Gitter verhindert, dass Ionen zurück in den Antriebsstrahl fallen.

Idealerweise ist die Voltdifferenz zwischen den ersten beiden Gittern so hoch wie möglich, um die Austrittsgeschwindigkeit der Ionen und auch die Treibstoffeffizienz zu maximieren. Wenn die Differenz sich jedoch der 5000-Volt-Marke nähert, kollidieren die Ionen mit dem zweiten Gitter und erodieren es.

Das neue Design beinhaltet vier Gitter. Zunächst werden die Ionen durch zwei Gitter mit hoher Voltzahl und trotzdem hoher Voltdifferenz (3000 und 5000 Volt) aus dem Treibstoffreservoir geholt.

Eine zweite Stufe besorgt die Beschleunigung, in der die extrahierten Ionen durch zwei weitere Gitter mit niedriger Voltzahl geschickt werden.

Mars und zurück
Das neue System erlaubt Voltunterschiede von bis zu 30 000 Volt zwischen den beiden Gitterpaaren und kann damit wesentlich höhere Austrittsgeschwindigkeiten erzeugen, ohne den Antrieb zu beschädigen.

Mit ausreichender elektrischer Energie ausgestattet, könnte ein Raumschiff mit mehreren DS4G Antrieben eine Mannschaft zum Mars und wieder zurück bringen. Andere Verwendungen wären Langzeitmissionen zum Pluto oder zum Kuipergürtel.

Aufgrund der notwendigen weiteren Tests am neuen Ionenantrieb könnte es jedoch noch ein Jahrzehnt dauern, bevor DS4G eingesetzt werden kann, so Sutherland.