Forscher testen Raketentriebwerk für bemannte Marsmissionen

Vergleich zu herkömmlichen chemischen Raketen verbrauchen die elektrischen Triebwerke deutlich weniger Treibstoff und erreichen dabei schrittweise extrem hohe Geschwindigkeiten. Das Szenario einer vierten bemannten Marsmission wird, dass die Raumsonde „Odyssey" die bisher glatteste Reise durch den Weltraum bieten wird.

Grundlage dafür ist das neuartige elektrische Antriebssystem, das während der ersten drei Marsmissionen noch in der abschließenden Testphase stand. Beginn der Mission wirkt die Fortbewegung zunächst ungewöhnlich langsam. Die Sonde entfernt sich ählich, dass die Funktionsfähigkeit der Motoren zunächst Frage gestellt werden könnte.

Elektrische Antriebe sind jedoch nicht für explosive Startkräfte konzipiert, sondern für eine stetige Beschleunigung über lange Zeiträume. Nach nur einer Woche Weltraum erreicht die Sonde Geschwindigkeiten 400.000 Kilometern pro Stunde. Diese Entwicklung ist für die Raumfahrt historisch bedeutsam, da die Geschwindigkeit weiter zunimmt.

Dieses futuristische Szenario mag noch mindestens

Dieses futuristische Szenario mag noch mindestens ein Jahrzehnt entfernt sein, doch die NASA legt bereits heute die technologischen Grundlagen dafür.

Ingenieure entwickeln fortschrittliche Antriebstechnologien, die Astronauten eines Tages schneller und effizienter zum Mars bringen und gleichzeitig robotische Raumfahrzeuge befähigen, tiefer in das Sonnensystem vorzudringen.

Ein zentraler Durchbruch der Agentur ist ein elektrisches Antriebssystem der nächsten Generation, das kürzlich während Tests neue Leistungsrekorde erzielte. Gegensatz zu herkömmlichen Ionenantrieben, die Gase wie Xenon benötigen, nutzt dieses experimentelle Design Lithiummetaldampf als Treibstoff.

Die Technologie könnte die Effizienz

Die Technologie könnte die Effizienz und den Schub erheblich steigern und damit ein vielversprechender Kandidat für zukünftige Langstreckenraummissionen werden.

Erfolgsfall könnten Systeme dieser Art die Raumfahrt revolutionieren: Sie verkürzen Missionszeiten, senken den Treibstoffbedarf und eröffnen den Weg zu ehrgeizigeren Erkundungsmissionen jenseits der Erdumlaufbahn. Elektrische Schubdüsen könnten die Mars-Reise revolutionieren.

In einer bemerkenswerten Leistung haben die Tests in den Vereinigten Staaten einen neuen Rekord von 120 Kilowatt Leistung aufgestellt.

Dies entspricht schätzungsweise 25-mal mehr Leistung

Dies entspricht schätzungsweise 25-mal mehr Leistung als bei der NASA-Sonde „Psyche", die sich derzeit auf dem Weg zum Asteroiden 16 Psyche befindet und mit den leistungsstärksten elektrischen Schubdüsen, die je gebaut wurden, ausgestattet ist.

Während die „Psyche" derzeit mit etwa 135.000 km/h unterwegs ist, wird ihre maximale Geschwindigkeit gegen Ende ihrer Kreuzfahrt zum Asteroiden 16 Psyche auf rund 200.000 km/h geschätzt.

Neben der durch den kontinuierlichen Betrieb der Schubdüsen allmählich steigenden Geschwindigkeit sparen elektrische Antriebssysteme Vergleich zu den derzeit eingesetzten chemischen Raketen beträchtliche Mengen Treibstoff – bis zu 90 Prozent. „Die Entwicklung und der Bau dieser Schubdüsen über die letzten Jahre waren eine lange Vorstufe zu diesem ersten Test", sagte James Polk, leitender Wissenschaftler am NASA Jet Propulsion Laboratory. „Dies ist ein riesiger Meilenstein für uns, denn wir haben nicht nur nachgewiesen, dass die Düse funktioniert, sondern auch die angestrebten Leistungsniveaus erreicht.

Technik und Auswirkungen

Und wir wissen, dass wir ein gutes Testumfeld haben, um die Herausforderungen der Skalierung anzugehen." Herausforderungen bei der Stromversorgung für Langzeit-Missionen Während 120 Kilowatt ein neuer Rekord darstellen, schätzt die NASA, dass eine zukünftige bemannte Marsmission eine Leistung von 2 bis 4 Megawatt benötigen wird.

Dies setzt sich aus mehreren Schubdüsen zusammen und erfordert mehr als 23.000 Betriebsstunden, was etwa oder 2,6 Jahren entspricht. Um dies zu erreichen, müssten die Düsen Temperaturen 2.800 Grad Celsius standhalten, was sie während der Tests tatsächlich erreicht haben.

Der verlängerte Einsatzzeitraum ergibt sich aus der geschätzten Dauer einer gesamten bemannten Mission zum Mars, die mit etwa 2,6 Jahren berechnet wird. Dies liegt daran, dass der Startfenster zum Mars aufgrund der Umlaufbahnen beider Planeten nur alle zwei Jahre geöffnet ist.

Obwohl noch keine Mission vom Roten

Obwohl noch keine Mission vom Roten Planeten zurückgekehrt ist, gilt dasselbe Startfenster auch für die Rückreise Roboter-Raumschiffe innerhalb dieses Zeitfensters gestartet, benötigen sie traditionell etwa 6 bis 7 Monate, um den Mars zu erreichen.

Eine bemannte Mission hingegen würde ein deutlich größeres Raumschiff erfordern, um die Astronauten, Nahrungsmittel, Treibstoff, Wasser und andere für die Mission unerlässlichen Güter aufzunehmen.

Für eine etwa 2,6 Jahre dauernde Mission bedeutet dies eine Reisezeit 6 bis 9 Monaten zum Mars, gefolgt 18 Monaten auf der Marsoberfläche, bis sich das nächste Startfenster öffnet, und schließlich eine weitere Rückreise zur Erde 6 bis 9 Monaten.

Einordnung fuer Autofahrer

Allerdings könnte die deutlich geringere Treibstoffmenge durch das elektrische Antriebssystem diesen Zeitrahmen potenziell verändern. Wie wird dieser neue Antrieb des nächsten Generationselektrischen Triebwerks Astronauten zum Mars und andere Raumfahrzeuge im gesamten Sonnensystem in den kommenden Jahren und Jahrzehnten vorantreiben?

Nur die Zeit wird es zeigen – und darum forschen wir. (Angepasst nach einem Artikel, der ursprünglich UniverseToday veröffentlicht wurde.)