Ein Wissenschaftler der Tohoku University hat die Leistungsfähigkeit einer elektrodenlosen Hochenergieplasmadüse erhöht, was uns einen Schritt näher an tiefere Erkundungen des Weltraums bringt.
Innovationen in der terrestrischen Transporttechnologie wie Autos, Züge und Flugzeuge haben historische Technologien und Industrien so weit gebracht; dank einer elektrischen Antriebstechnologie gibt es jetzt einen ähnlichen Durchbruch im Weltraum.
Elektrischer Antrieb ist eine Technik, die elektromagnetische Felder nutzt, um ein Treibmittel zu beschleunigen und Schub zu erzeugen, der ein Weltraumfahrzeug vorwärtsbewegt. Weltraumagenturen haben bei der elektrischen Antriebstechnologie als Zukunft der Weltraumforschung Pionierarbeit geleistet.
Mehrere Weltraummissionen haben bereits die Verwendung elektrischer Antriebsgeräte erfolgreich abgeschlossen, darunter Ionenschubdüsen und Hall-Schubdüsen. Sonnenenergie wird in Schubenergie umgewandelt, wenn das Treibmittel ionisiert (also in ein Plasma umgewandelt) und durch elektromagnetische Felder beschleunigt wird. Trotzdem begrenzen die für diese Geräte notwendigen Elektroden ihre Lebensdauer, weil sie dem Plasma ausgesetzt sind und dabei beschädigt werden – insbesondere im Hochenergiebereich.
Um das zu umgehen, haben sich Forscher elektrodenlosen Plasmaschubdüsen zugewandt. Eine solche Technologie nutzt Radiofrequenzen für die Erzeugung von Plasma. Eine Antenne emittiert Radiowellen in eine zylindrische Kammer, um Plasma zu erzeugen, wobei eine magnetische Düse das Plasma kanalisiert und beschleunigt, um Schub zu erzeugen. “MN rf”-Plasmaschubdüsen, oder Helicon-Schubdüsen, wie sie manchmal genannt werden, bieten Einfachheit, Flexibilität im Betrieb und ein hohes potenzielles Schub-Energie-Verhältnis.
Aber die Entwicklung von “MN rf”-Plasmaschubdüsen wurde durch die Umwandlungseffizienz der Leistung in Schubenergie ausgebremst. Frühe Experimente erzeugten einstellige Umwandlungsraten, aber neuere Studien haben eine Umwandlungsrate von 20 Prozent erreicht.
In einer kürzlichen Studie hat Professor Kazunori Takahashi Department of Electrical Engineering der Tohoku University eine Umwandlungseffizienz von 30 Prozent erreicht.
Während ältere elektrische Antriebsgeräte oft Xenongas nutzen, das teuer und in ausreichenden Mengen schwer zu beschaffen ist, wurden die aktuellen 30 Prozent Effizienz mit Argon-Treibmittel erzielt. Das spricht dafür, dass eine “MN rf”-Plasmaschubdüse die Kosten und den mitgeführten Treibmittelvorrat reduzieren würde.
“Die Anwendung eines spitzen Magnetfeldes verhinderte den Energieverlust, der normalerweise an der Wand der Plasmaquelle auftritt”, sagte Takahashi. “Der Durchbruch ebnet den Weg für Fortschritte in der hochenergetischen Weltraumtransporttechnologie.”
(THK)
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