- Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket
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Illustration eines Magnetoplasmadynamischen Antriebs.Ein Magnetoplasmadynamischer Antrieb, auch MPD-Antrieb (engl. MPD-Drive) genannt, ist ein bis jetzt nur in Prototypform realisierter und bisher erst auf dem Boden getesteter Antriebsmechanismus für Weltraumfahrzeuge.
Er nutzt die Lorentz-Kraft, welche die Wechselwirkung zwischen einem Magnetfeld und elektrischem Strom beschreibt, und wird daher auch Lorentz Force Accelerator (LFA) genannt. MPD Antriebe stellen eine Weiterentwicklung des Ionenantriebs dar und sollen höhere Effizienz und Flexibilität bieten, benötigen aber zum Betrieb hohe elektrische Leistungen.
Inhaltsverzeichnis
Technik
MPD-Triebwerke bestehen aus einer trichterförmigen Anode, in deren Mitte eine stabförmige Kathode angebracht ist. Wird Spannung zwischen beiden Elektroden angelegt, wird die sich im Trichter befindende Stützmasse ionisiert und erlaubt so einen Stromfluss radial durch das Gas zur Kathode. Durch den Stromfluss wird nun ein starkes Magnetfeld erzeugt. Die Wechselwirkung zwischen dem elektrisch erzeugten Magnetfeld um die Brennkammer und den ionisierten Plasmateilchen beschleunigt diese in axialer Richtung und lässt sie mit sehr hoher Geschwindigkeit entweichen. Durch den dabei wirksamen Impuls entsteht die Schubkraft.
Als Grundlage für das Plasma eignen sich vor allem Argon, Lithium und Wasserstoff. In Versuchslabors wurden bereits unter Nutzung eines externen Magnetfeldes bei einem MPD-Antrieb Austrittsgeschwindigkeiten von 144.000 Kilometer pro Stunde (40 km/s) erreicht.
VASIMR
VASIMR-Triebwerkstest.
VASIMR Prinzipdiagramm.Eine Variante des Magnetoplasmadynamischen Antriebes wird von dem US-Unternehmen Ad Astra Rocket Company entwickelt. Leiter ist der frühere, siebenfache NASA-Astronaut und Plasmaphysiker Franklin Ramon Chang-Diaz, der das Konzept schon 1979 bei seiner Arbeit am MIT entwickelte.
Bei VASIMR oder Variable specific impulse magnetoplasma rocket (en) erfolgen a) die Erzeugung des Plasma, b) dessen weitere Erhitzung und c) Beschleunigung in der Düse in drei getrennten Kammern.
Damit ist eine Variation des Verhältnis zwischen spezifischem Impuls und Schub möglich, analog zu der Getriebeschaltung eines Radfahrzeugs. Ein Raumfahrzeug könnte damit etwa zum Verlassen des Schwerefeldes eines Planeten einen hohen Schub erzeugen, um dann eine längere Strecke mit hoher Geschwindigkeit zurück zu legen.
VASIMR könnte somit perspektivisch eine deutlich höhere Effizienz als herkömmliche Raumschiffantriebe bieten, die Reisezeiten beim Raumflug innerhalb des Sonnensystems auf Monats- oder gar Wochenzeitspannen verkürzen und damit auch für den Menschen praktikabel machen.
Energiequelle
Die größte Herausforderung bei MPD- wie auch VASIMR-Entwicklungen besteht in der Herstellung der elektrischen Leistung, die bei sinnvollen Anwendungen im Megawatt-Bereich läge. Eine Umwandlung aus chemischer Energie würde den Gesamtwirkungsgrad wieder unter das Niveau von chemischen Antrieben senken, Solarpanels oder auch Isotopenbatterien bisheriger Auslegung erreichen diese Leistungen nicht. Die Planungen setzen somit auf Kernspaltung oder auch Kernfusion als künftige Energiequellen für Raumantriebe.
Siehe auch
Weblinks
- Allgemeine Erläuterung - Institut für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart
- Technology Review: Zum Mars und noch viel weiter - Gespräch mit Diaz über VASIMR
- Ad Astra Rocket Company - Entwickler des VASIMR
- Presseerklärung zum Stand des VASIMIR VX-200 Prototypen
- heise.de Newsticker - "Konkurrenz für Raketenantrieb"
- Naone,E.: Zum Mars und noch viel weiter. Technology Review 28.09.07
- [1] - "Russische Ionentriebwerke"
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