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Technik: Luft- und Raumfahrt

In 39 Tagen zum Mars ?

Das neue Ionen-Antriebssystem VASIMR

VASIMIR-Projekt der NASA
VASIMIR-Projekt der NASA
In der altindischen Mythologie werden alte Raumfahrzeuge beschrieben, die Vimanas, deren Antriebssysteme durch den Austoss von Quecksilber und anderen Elementen einen Antriebsstrahl zur Fortbewegung der Vimanas erzeugten, die mit hoher Geschwindigkeit auch ins All flogen. Dieses unscheinbare Legende bzw. ungewöhnliche Energiequelle für Raumfahrzeuge wurde 1923 u.a. auch von Hermann Oberth in seinem Werk Die Rakete zu den Planetenräumen wieder vorgestellt.

Darin hatte er auch das Grundprinzip solch eines Antriebes erklärt: Einen leistungsstarken Ionenstrahl kann man dadurch erzeugen, indem zum Beispiel Teilchen des Edelgases Xenon (hohe Ionisierungsenergie) oder Kleinsttröpfchen von Quecksilber zunächst ionisiert werden. In diesem komplizierten Verfahren, der Ionisation werden aus einem Atom oder Molekül ein oder mehrere Elektronen entfernt, so dass das Atom oder Molekül als positiv geladenes Ion zurückbleibt. Ionisiertes Gas wiederum nennt man Plasma. Danach werden dieses Teilchen in einem elektrischen Feld durch einen Neutralisator in Form eines Strahles enorm beschleunigt, mit weitaus höher Energie als herkömmliche chemische Stoffe. Eine Reise zum Mond wäre in 1 Woche möglich. Aber auch der Amerikaner Robert Hutchings Goddard beschäftigte sich wie Oberth mit damals noch kühnen Antriebssystemen.

Bis 1945 gab es auch in Deutschland weitere experimentelle Versuche neuer Antriebsysteme für zukünftige Raumtransporter (Silbervogel). Zivile Mond-Planungen, das Programm 2, gingen davon aus, das man bis 1947 einen serienreifen Ionenantrieb (mit Quecksilber, Ammoniak, Xenon, Krypton, aber auch mit Rubidium oder Cäsium) hätte, der einen Raumtransporter bis zu 50.000 km/h beschleunigen könnte. Hier war man fest davon überzeugt, das die Vimanas reale Raumfahrzeuge waren und deren Erforschung war sogar (geheimer) Teil der Tibet-Expedition! Als Versuchsträger des Triebwerkes nahm man u.a. die Messerschmitt P.1101, woraus später die Bell X -5 entwickelt wurde. Alle Unterlagen aus der Deutschen Forschungsstätte in Oberammergau wurden entweder vernichtet oder wahrscheinlicher von den USA erbeutet. Es soll 1945 einen geheimnisvollen Ionosphären-Gleiter-Prototyp oder zumindest eine Elektrische Rakete gegeben haben. Dieser bzw. diese sollte in einer Höhe bis ca. 20 km transportiert und von dort mit einem elektrischen Triebwerk gestartet werden. Erste Startversuche soll es Ende 1944 auf dem Flugplatz Finow gegeben haben, wo es eine Sonderwerft gab. Die Flugzeit sollte allerdings nur einige Stunden gedauert haben. Trägerflugzuege waren Sonderbauten von JU 388 und Arado Ar 234, die zu speziellen Höhenflugzeugen umgerüstet wurden, um den Raumgleiter oder die elektrische Rakete zu transportieren. 1945 verschwand aber ein neu entwickeltes Arado-Höhenflugzeug samt Ionosphären-Gleiter bzw. Rakete, so das die Entwiclung entweder zerstört wurde oder es noch keinen fertigen Protypen gab. Das wird wohl für immer ein Geheimnis bleiben. Aber auch trotz systematischer Vertuschungsversuche könnte diese Entwicklung durch den alliierten Raubzug deutscher Hochtechnologie auch in die USA gebracht worden sein.

Doch die Entwicklung ging ab den 60er Jahren langsam wieder voran und man setzte die ersten Antriebe in Raumsonden und Satelliten. Die NASA begann erfolgreiche Versuche mit den Programmen SERT-1 und SERT-2, (Space Electric Rocket Test), wo man neue Ionentriebwerke erprobte. Aus den ganzen Erfahrungen und Testreihen wurde im Jahr 1998 die US-Raumsonde Deep Space 1 gestartet, um Asteroiden sowie einen Kometen zu erforschen. Hier wurde alle bisher zur Verfügung stehende neue Technologien, mit Beteiligung Deutschlands, getestet, so auch ein neuartiger Xenon-Ionenantrieb. Die Europäer testeten 2003 u.a. die Raumsonde Smart-1 und GOCE und die Japaner im gleichen Jahr die Raumsonde Hayabusa. Auch führende Raumfahrtnationen wie Russland und China erprobten verschiedene Ionenantrieb für die zukünftige Raumfahrt zu den Sternen. Eine der herausragenden Spezialisten und Pioniere für Ionen-Antriebe ist der deutsche Physiker Prof. Horst Löb.

Das neue Ionen-Antriebssystem VASIMR

Der elektrische Antrieb hat sehr gute Aussichten, das Erbe der chemischen Antriebes in der Raumfahrt anzutreten, und da dürfte zur Zeit die NASA die Nase vorn haben. Mit dem völlig neuem Ionen-Antrieb Vasimir (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) man die die Flugzeit zum Mars, die bei günstigsten Verhältnissen bis zu 6 Monate dauern kann, auf etwa 39 Tage verkürzen.

Im Gegensatz zum traditionellen Verbrennen von chemischem Brennstoff zur Schuberzeugung, wird beim Ionenantrieb durch das Beschleunigen von geladenen oder Ionen, durch ein elektrisches Feld die Rakete oder Raumtransporter vorangetrieben. Doch bisher verwendete Ionen-Antriebe haben eine noch zu geringe Leistung, um auch ein Raumschiff anzutreiben, doch dies möchte die NASA nun mit Vasimir ändern, den hier soll ein Hochfrequenz-Generator in der Lage sein, die geladenen Teilchen bis zu eine Million Grad heißem Plasma zu erhitzen, was am Ende eine bis zu hundertmal größere Leistungsausbeute wäre als mit bisherigen Ionen-Antrieben. Um diese Leistung dauerhaft zu gewährleisten, ist ein Nuklearreaktor für die Energieversorgung vorgesehen. Wann genau ein Flug zum Mars realisiert wird, steht noch nicht fest. Aber 2014 veröffentlichte die NASA, das der Antrieb und auch der Nuklearreaktor noch nicht ganz ausgereift wäre. Probeflüge kleinere Antriebe laufen jedoch schon seit 2013 zur Raumstation ISS. Es wird damit gerechnet, sollte das ehrgeizige Vasimir entwickelt werden können, das in 10-15 Jahren der Durchbruch geschafft wird. Der Weg vom bisherigen Satelliten-Antrieb zum Raumschiff-Antrieb ist also noch ein weiter Weg.

Bildnachweis:
  • VASIMIR-Projekt der NASA: wikipedia

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Schlüsselwörter: Raumfahrt | Ionenantrieb | Vasimir | Antriebssysteme | Raumtransporter
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