Elektrische Raumfahrt-Antriebe aus Deutschland

Elektrische Raumfahrt-Antriebe aus Deutschland RIT-10

In der Raumfahrt gelten elektrische Antriebe als Zukunftstechnologie. Verglichen mit herkömmlichen chemischen Triebwerken haben sie weniger Schubkraft, aber eine deutlich höhere Treibstoff-Effizienz. Satelliten können so erheblich leichter und langlebiger werden. Zudem können die Nutzlasten aufgrund der geringeren Treibstoffmasse steigen.

Die Elektro-Triebwerke sind besonders für interplanetare Langzeitmissionen interessant – oder für leistungsfähige Kommunikationssatelliten. Deutschland ist seit mehreren Jahrzehnten in der Forschung für elektrische Triebwerke engagiert. Das Raumfahrtmanagement im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) fördert mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) seit einigen Jahren auch die industrielle Entwicklung von elektrischen Triebwerken.

Jetzt zeichnet sich kommerzieller Erfolg ab. Kürzlich gab die ArianeGroup bekannt, einen ersten Produktionsauftrag für Flugsätze des Elektrischen Antriebssystems RIT 2X unter Vertrag zu haben. Die Vereinbarung umfasst ein gemeinsames Entwicklungsprogramm für Flugsätze mit Boeing Telekommunikations-Satelliten. Die Partner vereinbarten zudem eine längerfristige Zusammenarbeit, die die Antriebssysteme auch für die zukünftigen Satelliten der Produktlinie vorsieht. Die ersten beiden rein elektrisch-angetriebenen Kommunikationssatelliten wurden von Boeing gebaut und starteten 2015.

Energie aus Solarzellen

Die bestellten Antriebssysteme basieren auf der so genannten RIT-Technologie (Radiofrequency Ion Thruster). Sein Potenzial zeigte das RIT erstmals 2001. Damals noch in der kleineren Version RIT-10 arbeitet es auf der ESA-Satellitenmission ARTEMIS.  ARTEMIS wurde von der Startrakete zu niedrig ausgesetzt, konnte sich aber durch den Einsatz des RIT-10-Triebwerks retten.

Bei chemischen Antrieben ist die Energie im Treibstoff gespeichert, bei elektrischen Antrieben stammt sie aus den Solarzellen des Satelliten. Die RIT-Triebwerke nutzen elektromagnetische Wellen im Radiofrequenz-Bereich, um das Antriebsgas – üblicherweise wird bei elektrischen Triebwerken Xenon verwendet – zu ionisieren. Anschließend wird das ionisierte Gas durch ein unter hoher elektrischer Spannung stehendes Gitter beschleunigt. Dadurch erfährt der Satellit einen Stoß und wird in die gewünschte Richtung angetrieben.

Für diesen Vorgang benötigen die Triebwerke eine anspruchsvolle Kombination aus hohen Spannungen und hohen Strömen, die von der Stromversorgungseinheit zur Verfügung gestellt wird.

Bild: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)