Ionentriebwerk

Heutige Ionentriebwerke haben doch das Problem, dass das Anodengitter erodiert...
Gibt es da schon eine Technologie in Sicht, die das lösen könnte? Plasmabogen-Triebwerk??

Magneto Plasmadynamische Fremdfeldtriebwerke liegen vom Schub her etwas höher. Irgendwo zwischen 3 bis 10 N und Austrittsgeschwindigkeiten von bis zu 60km/s
Allerdings verbrauchen die auch um die 100 KW und die Forschung steckt  in dem Bereich (wieder) in den Kinderschuhen.

Technischer Post zur Zusammenführung der Themen zum Ionentriebwerk.

Magneto Plasmadynamische Fremdfeldtriebwerke liegen vom Schub her etwas höher. Irgendwo zwischen 3 bis 10 N und Austrittsgeschwindigkeiten von bis zu 60km/s
Allerdings verbrauchen die auch um die 100 KW und die Forschung steckt  in dem Bereich (wieder) in den Kinderschuhen.
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und wieder mal rächt sich die Verlagerung von Geldern weg von Prometheus. 

Moment mal! Hat nicht die Ad Astra Rocket Company mit ihrem VASIMR einen magnetoplasmadynamischen Antrieb soweit entwickelt, dass er demnächst unter realen Bedingungen getestet werden kann? Oder reden wir von etwas anderem? Und vor allem, was ist in dem Zusammenhang "Prometheus"?

Wegen VASIMR muss sich Poseidon wohl noch informieren

Prometheus war ein NASA-Projekt für einen nuklearen Antrieb. Es hat 2003 angefangen und wohl schon einige 100 Mio Dollar erhalten, wird derzeit mit 9 Mio pro Jahr nur noch am Leben erhalten, die Zukunft ist unklar, aber wohl eher düster

Danke, den Link hatte ich inzwischen auch gefunden. Wobei ich erst dieses Forschungsprojekt namens Prometheus gefunden hatte, und das hat nun wirklich nicht in diesen Kontext gepasst. 

Ging mir da um eine starke Energiequelle die ja auch Prometheus haben muss um zu funktionieren. Habe da wohl Prometheus zu viel zugetraut ist ja leistungsmäßig dazu nicht in der Lage in die Bresche zu springen, sorry.

Was mich interessieren würde:

Wie groß ist das kleinste bisher gebaute Triebwerk?


Beim Googlen findet man, dass die ESA an einem
Radiofrequenz-Ionen-Triebwerk  im Mikro-Newton-Bereich forscht.

Wäre ein Ionentriebwerk mit sehr kleinem Durchsatz mit 1W bzw. 3 Watt zu betreiben??

Kennt sich jemand mit dem reelem Betrieb der Ionetriebwerke in der Erdumlaufbahn?

 Ich hatte neulich eine Überlegung, ob ein "gepulster" Betrieb vorteile bringen würde. Dabei hatte ich im Hinterkopf den Artikel von Bernd Leitenberger bezüglich dieser Triebwerksart. In dem wird darauf verwiesen, dass durch den Dauerbetrieb die Orbitanhäbung energietechnisch ineffezienter ist, als wenn man es in zwei Zündungen erreichen könnte, wenn der dafür benötigte Schub lieferbar wäre: eins für Apogeianhebung und dann im Apogei ein zweites für Perigeianhebung. Ich habe mich gefragt, wenn man die Triebwerke so ähnlich betreiben könnte nur eben wegen dem geringen Schub wären die A- und P-Anhebungen sehr gering und müssten dann sehr viele sein. Ich verspreche mir dadaurch besseres Energiemenegment der Ionentriebwerke, was bis jetzt als sehr Energiegefressig angesehen wird.

Spekulationen sind natürlich auch wilkommen

Privet.

Klingt ja ganz nett.. Aber was dem Vorteil durch gepulstem Betrieb entgegensteht ist der Verlust bei der Energiespeicherung.
Mit einem gutem LiIon-Akku kommt man auf 90% Energieeffizienz. Zusätzlich hat man jetzt auch noch die Masse der Akkus, die mit angehoben werden muss.
An der ISS kann sowas sinnvoll sein, das VASIMR VF-200 (natürlich nicht direkt ein Ionentriebwerk, aber ich denk es passt hier rein) soll ja auch über Akkus gespeist werden. Aber bei dem hohen Bahnverlust der ISS lohnt sich das eventuell.
Bleibt die Frage ob es sich für "normale" Satelliten lohnen kann.

Die Transferzeit ist doch sowieso schon sehr lang mit Ionentriebwerken, wenn man das Ding jetzt pulst (Welche Brennzeit? Sekunden? Minuten?) dann dauert das Manöver nochmal eine Größenordnung länger. Ansonsten bräuchte man ein Triebwerk, das eine Größenordnung mehr Schub macht und damit auch ein vielfaches wiegt und ein vielfaches an Akkukapazität und/oder Solarzellen braucht.

(Welche Brennzeit? Sekunden? Minuten?) dann dauert das Manöver nochmal eine Größenordnung länger.

ich denke da schon ejer an Zeiten wie 10 bis 20 min brennzeit in LEO. Ich bin mir natürlich des Problems bewusst, dass die Manöverzeit dem ensprechend dann in die Länge geht (90min Umlaufzeit im Leo zu 20 bis 40 gesammtbrennzeit pro Umlauf) ...so 3 bis 8 faches. Wobei das Abbremsen in der Restatmosphäre wirkt dem ja auch entgegen...wo das Optimum liegt ist genau das, was mich interessiert und es ist auch meine Hoffnung, dass wir evtl darauf kommen würden

Diese "Ineffizienz" von Ionentriebwerken hat nichts mit Pulsen an sich zu tun, sondern es liegt an ihrer Betriebszeit an sich. Bei ihnen kommt eine Menge Gravitationverlust zusammen, da sie im Betrieb den Treibstoff mit nach oben schleppen. Bei einem einzelnen kurzen Impuls chemischer Tiebwerke tritt das nicht in Erscheinung. Bei n Impulsen eines Ionenetriebwerks hingegen tritt dieser Effekt zu Tage, genauso wie wenn man nicht pulst und kontinuierlich arbeitet, denn die akkumulierte Betriebszeit/Wirkzeit wäre dieselbe.
Man kommt an den Gravitationsverlusten nicht vorbei ... außer man würde den Höhengewinn während des Betriebs unterbinden, also nur beschleunigen und nicht klettern.

Mensch, Daniel, endlich mal habe ich die Gravitationsverluste rrichtig kapiert. Ich hatte die davor wohl falsch verstanden gehabt...dan erübrigt sich natürlich die "gepulste"-überlegung.

danke und Grüße.

Diese "Ineffizienz" von Ionentriebwerken hat nichts mit Pulsen an sich zu tun, sondern es liegt an ihrer Betriebszeit an sich. Bei ihnen kommt eine Menge Gravitationverlust zusammen, da sie im Betrieb den Treibstoff mit nach oben schleppen. Bei einem einzelnen kurzen Impuls chemischer Tiebwerke tritt das nicht in Erscheinung. Bei n Impulsen eines Ionenetriebwerks hingegen tritt dieser Effekt zu Tage, genauso wie wenn man nicht pulst und kontinuierlich arbeitet, denn die akkumulierte Betriebszeit/Wirkzeit wäre dieselbe.
Man kommt an den Gravitationsverlusten nicht vorbei ... außer man würde den Höhengewinn während des Betriebs unterbinden, also nur beschleunigen und nicht klettern.

äh dem kann ich aber nicht ganz zustimmen. Orbitmechanisch gesehen, ist der delta-V Bedarf für einen Hohmanntransfer (Impulsförmiges Anheben von zuerst Apozentrum und dann Perizentrum) deutlich geringer, als für ein Aufspiralen, wie es ein kontinuierliches Schubmanöver mit einem elektrischen Triebwerk darstellt. Als Gravitationsverlust bezeichnet man (zumindest bei mir an der Uni war es so) die Verluste, die eine Rakete dadurch erleidet, dass sie zunächst senkrecht entgegen des Gravitationsvektors beschleunigt wird. (optimalerweise wäre der Beschleunigungsvektor immer senkrecht dazu)

Hier finden sich die Formeln für delta-V bei einem Hohmann Transfer Orbit:
http://en.wikipedia.org/wiki/Hohmann_transfer_orbit

Unter dem Abschnitt Low-Thrust Transfer steht auch, was bei einem Niedrigschubtransfer, wie es bei einem Ionenantrieb der Fall wäre, passiert.
Dort ist delta-V = v-kleine_Kreisbahn-v_große_Kreisbahn

Dort wird auch ein Beispiel gerechnet: Für den Transfer vom LEO zum GEO beträgt deltaV fürs Aufspiralen: 7,73 km/s - 3,07 km/s = 4,66 km/s
Während dessen wird für einen hohmanntransfer nur folgendes deltaV benötigt: 3.88 km/s

Das ist unabhängig von Masse und mitgeführtem Treibstoff.


PS: ich seh grad, es gibt 2 Definitionen für Gravitationsverluste... die eine ist das, was ich erklärt habe, das andere womöglich deine Erklärung. Doch für das delta-V gilt trotzdem: Hohmann-Transfer ist das optimum, aufspiralen der schlechteste Fall.

Ok. Ich fasse dann noch Mal zusammen:

 Vor allem die Gravitationsverluste werden nach jeder der Deffinitionen mit unter auf die Treibstoffmenge bezogen. Wenn ich mich nicht teusche, beträgt jedoch der Treibstoffanteil eines von Ionentriebwerk angetriebenem Vehickels nur ein Bruchteil des Bedarfs der chemischen Triebwerke. Daher spekuliere ich jetzt darauf, dass auch die auf Treibstoff bezogene Verluste gering wenn nicht vernachlässigbar ausfallen.

 Die Effizienz scheint in dem Fall viel mehr durch die Vorteile eines Hohman-Überganges vor dem "aufspirallen" zur Geltung kommen zu können. Nur eben, wären dann in dem "gepulsten" Betrieb unzählige solche mini-Hohmans notwendig. Wobei 15 bis 20% Effizienzsteigerung möglich wären. Dies geschieht aber durch die Verlängerung der Manöverdauer um ein vielfaches. Ob es sich lohnen würde ist dem nach sehr fragwürdig.

Mercy Leutz für die Beteiligung

Privet.

Es gibt doch einen Beispiel für einen periodischen Antrieb des Ionentriebwerks bei der Bahnahnhebung: SMART-1! Der wurde wohl bereits auf eine stark-elyptische Bahn gebracht (als Ariane-Beifahrer) und hebte seine Bahn durch die Brennfasen in den untersten Helfte seines Umlaufs:

Bild auf der Seite von Bernd Leitenberger
[Link von Admin pikarl geändert]

Der Autor weist darauf hin, dass diese Ausgangsposition und dem ensprechend die Betriebsart des Ionentriebwerks einen Vorteil hat: man Befindet sich in in den beiden Strahlungsgürtel nur eine geringe Zeit (im Vergleich zum Hochspirallen aus der LEO), was die Strahlungsbelastung der Elektronik deutlich sinken soll.

Grüße

Hallo Yevgeny (hoffentlich den Namen richtig geschrieben ... ),

danke für die Information. Das Bild suggeriert es aber etwas falsch, bzw. braucht etwas Kontext. SMART-1 kam Huckepack auf einem Ariane-Flug mit und wurde schon einem elliptischen GTO abgeliefert. Da dieser nur kurzzeitig durch die Strahlengürtel läuft, hat man diesen Orbit schrittweise erweitert, um u.a. diese Eigenschaft zu behalten.
Wäre SMART-1 in einem LEO komplett unterhalb der Strahlengürtel ausgesetzt worden, hätte man das (langsame) Apozentrum so auch erstmal in die Strahlengürtel gehoben, dann mit entsprechend langen Verweildauern.

Es gibt doch einen Beispiel für einen periodischen Antrieb des Ionentriebwerks bei der Bahnahnhebung: SMART-1! Der wurde wohl bereits auf eine stark-elyptische Bahn gebracht (als Ariane-Beifahrer) und hebte seine Bahn durch die Brennfasen in den untersten Helfte seines Umlaufs:

Bild auf der Seite von Bernd Leitenberger
[Link von Admin pikarl geändert]

Der Autor weist darauf hin, dass diese Ausgangsposition und dem ensprechend die Betriebsart des Ionentriebwerks einen Vorteil hat: man Befindet sich in in den beiden Strahlungsgürtel nur eine geringe Zeit (im Vergleich zum Hochspirallen aus der LEO), was die Strahlungsbelastung der Elektronik deutlich sinken soll.

Grüße

Hey,

ja genau, allerdings wurde ja hier trotzdem noch über lange Brenndauern das deltaV erzeugt. Den optimalen Fall aus Sicht des delta-V wurde daher dennoch nicht erreicht. Es war eben kein Aufspiralen, aber ein halbes Aufspiralen^^

@Daniel Manchmal frage ich es mich auch auf Kyrilisch ist es "Евгений" ich selbst benutzte eine etwas phonetischer geschrieben "Yevgenij"...obwohl in meinem Reisepass "Yevgen" steht...aber das ist eine laaaange Geschichte, die den neben der Latein-Kyrilisch-Translation, slavische Namensgebung, Zusammenbruch der Sovjetunion, eine Phase des Ukrainisierung der Vornamen und viel mehr beiinhaltet...die ich lieber bei einem der kommenden Raumcon Treffen erzählen werde.

Aber zurück zum Thema: Das mit dem GTO als anderweitig (als aus der weiter oben eingebrachten Überlegungen) vorteilhaftes Ausgangsorbit (im Vergleich zu LEO) für den Betrieb eines Ionentriebwerkes war auch der Kern meiner Aussage...ich habe da meine Schwierikeiten mit dem kurz und bündig auf den Punkt zu kommen 

Also, jetzt, wo Gedanken etwas geordneter sind...und nicht wie zur Mittagpause:

Ich finde es interessant, dass die "periodische" Betriebsart des Ionentriebwerks bereits Verwendung gefunden hat. Zwar nicht aus den Überlegungen der eventuellen Verbrauchseffizienz-steigerung, wie ich es ursprunglich überlegte und nur als Bypack des Arianeroutinestarts. Dennoch könnte der Startprofiel die Optimale Art für Deapspace-Missionen sein: mit dem Ionentriebwerk erst aus einer stark elyptischen Erdumlaufbahn zu starten und dabei sowohl den Treibstoff als auch Energie zu sparen und die Verweildauer in den Strahlungsgurten zu minimieren. Man kommt jedoch nicht drum herum in den GTO mit den konventionellen Mitteln gebracht zu werden.

Dabei wäre die immerwieder kehrende Nähe zur Erde in Perigäum als "Optionen" zu einem schnellen Missionsabruch angesehen werden.

für DeepSpace Operationen sind Ionentriebwerke ja sowieso gut geeignet, lange  Flugdauer, lange "Brenndauern". Je mehr Orbitenergie natürlich schon durch den Trägerstart mitgegeben wird, umso besser

SNECMA hat eine neues Triebwerk mit 20kW Leistung entwickelt:
http://www.snecma.com/a-first-in-europe-snecma-and-cnrs.html?lang=en

Nur woher kriegt man die Leistung?

Naja, 20kw sind nicht sonderlich viel, das geht auch gut mit Solarzellen...

mfg h-j

Hallo Leute

Da ist den Franzosen ja etwas ganz Tolles gelungen. Der ursprünglich russische Hull-Thruster wurde weiterentwickelt. Mit der Impulsgleichung und der Energiegrundgleichung kann man die
Austrittsgeschwindigkeit und den Massenstrom des Triebwerks ausrechnen.

M_punkt ist der Massenstrom in m/s
F ist die Kraft in Newton
V ist die Austrittgeschwindigkeit in m/s
 
Technische Angaben des Herstellers
Gl 1) Impulssatz: F = M_punkt * V = 1,050 N
Gl 2) und P = 0,5 M_punkt * V^2 = 20KW

nach einigen trivialen Umformungen
Gl 3 (Gl 1 umstellen nach M_punkt = F / V)
Gl 4 (Gl 3 in Gl 2 einsetzen P = 0,5 F / V * V^2)
Gl 5 (Gl 4 umstellen nach V = 2 P / F = 2 * 20.000 / 1,05)

kommt für V heraus: Austrittsgeschwindigkeit: 38.095 m/s also knapp 40 km/s
und das Ergebnis eingesetzt in Gl 1 ergibt sich der Massenstrom: 27,6 µg/s

An diesen Zahlen kann man schön sehen, was Ionentriebwerke machen.
Ganz kleine Massenströme werden mit Hilfe sehr viel elektrischer Energie auf ganz hohe
Geschwindigkeiten gebracht um einen kleinen Schub zu erzeugen
(hier immerhin 1 Newton also so um 100 g Schub).

bin ganz schwer begeistert

Gruß Matjes