Mich würde mal interessieren, ob diese Ionenantriebe auch bei großen (z.B. bemannten) Strukturen einsetzbar sind. Der Einsatz für unbemannte Forschungssonden ist ja bereits erfolgt und somit unstrittig.
Das sind sie, aber nur ineffektiv. Ionentriebwerke (und auch andere elektrische Triebwerke) erzeugen leider noch zu wenig Schub um schwere Raumfahrzeuge zu beschleunigen. Und dann benötigen sie Unmengen an elektrischer Energie. Selbst bei den bisherigen Missionen darf man eins nicht vergessen: die Missionsdauer! Im Falle einer bemannten Mars-Mission zum Beispiel könnte man sich aber vorstellen, dass ein paar elektrische Triebwerke einfach
zusätzlich am Raumschiff montiert werden und auch während des Transfers zwischen den Planeten das Raumschiff beschleunigen. Das ist der grosse Vorteil, da dadurch die Transferzeit verkürzt wird. Normalerweise fliegt das Raumschiff hier antriebslos.
Es gibt hier weitere Informationen zu dem Triebwerk. Das Triebwerk NEXT liefert einen Schub von 236 mN=0.236N. Das DAWN Ionentriebwerk NSTAR liefert nur einen Schub von 92mN, wohingegen das Smart-1 Triebwerk einen Schub von 70mN lieferte. Weiter kann das NEXT-Ionentriebwerk seinen Schub um einen Faktor von 11 regulieren, wohingegen NSTAR nur den Faktor 5 schafft. Die Regulierung des Schubs ist zum Beispiel wichtig, wenn man sich von der Sonne entfernt und dann die Leistung des Triebwerks herunterfahren kann.
NEXT könnte auch eine Mission zum Saturnmond Titan bringen. Dazu bräuchte man 3 Triebwerke und 20kW Leistung.
Das Triebwerk von SMART-1 erzeugt maximal 88mN Schub bei 1500 Watt (es wurde aber vorsichtshalber nur bis 70 mN betrieben) laut Herstellerfirma
Snecma. Scheint mir etwas effektiver zu arbeiten als das amerikanische NSTAR Triebwerk von DAWN (92 mN Schub bei 2,1 kW Leistung) , wenn man elektrische Leistung zu Schub vergleicht. Allerdings hat DAWN glaube ich gleich 3 Stück davon an Bord
. Das NEXT Triebwerk ist mit 236 mN leistungsstärker (ca. das 2,5-fache), benötigt aber auch 3 mal soviel elektrische Leistung (6,9 kW) wie NSTAR. Wenn man nun anstatt 3 NEXT Triebwerken (708 mN Schub bei 20,7 kW) einfach 8 SMART-1 Triebwerke verwendet (704 mN bei 12 kW Leistung) kann man ein wenig Strom sparen
.
Entscheidend bei Triebwerken ist aber auch der spezifische Impuls (sozusagen die Austrittsgeschwindigkeit der 'Abgase'). Je höher dieser Wert ist, desto weniger Treibstoffmasse wird benötigt. Und ich denke mal das hier das NEXT Triebwerk der eindeutige Sieger ist.
Missionen zum Jupiter halte ich dagegen für sehr gewagt, vor allem bei 20 kW Leistung. Mit Solarzellen ist hier nichts mehr zu erreichen. Optimistisch betrachtet hat man über den Daumen gepeilt 200 Watt pro Quadratmeter Solarpanel an efffektiver Ausbeute im Erdorbit. Bei Jupiter, also in der 5 fachen Entfernung zur Sonne, hat man 1/25 davon (Strahlung nimmt mit dem Quadrat des Sonnenabstandes ab). Anders gesagt braucht man die 25 fache Solarpanelfläche. Bei 20 kW wären das 100 m
2 im Erdorbit und 2500 m
2 bei Jupiter. Das ist mehr als ein halbes Fussballfeld. Abgesehen von der zusätzlichen Masse, kann man das schon als Sonnensegel verkaufen
.
Diese elektrischen Triebwerke haben sicher gewaltiges Potential, aber die Energieversorgung sehe ich sehr kritisch. Es gibt zwar immer wieder Überlegungen mit RTGs (siehe auch parallel laufenden
Thread), aber daran glaube ich nicht, bei all den Umweltschutzaktivisten die sofort auf die Barrikaden gehen. Ich erinner mich noch gut an den Aufstand bei der letzten grossen interplanetaren Mission mit RTGs (das müsste Cassini/Huygens gewesen sein). Und auch die Sache mit dem Stirlingmotor (bzw. allgemein thermodynamischen Kreisprozessen) in der Raumfahrt ist nicht neu. Es gibt schon lange Überlegungen solche Anlagen (ein Spiegel konzentriert die Sonnenstrahlen in einem Punkt und heizt damit Wasser) z.B. für grössere Raumstationen oder andere Raumfahrzeuge mit hohem Energiebedarf einzusetzen, um die Dimensionen klein zu halten. Allerdings ist dies bis heute rein theoretisch, da man sich davor scheut soviel Mechanik im Weltraum einzusetzen (Mechanik oder allgemein sich bewegende Teile sind immer sehr störanfällig). Die Zukunft wird es zeigen 8-).
