NASA zündet bahnbrechenden Plasma-Schubtriebwerk für zukünftige Marsmissionen an

Der Test fand am 24. Februar in einer speziellen Vakuumkammer am JPL statt, die für Forschung im Bereich der Hochleistungs-elektrischen Antriebe konzipiert ist. Während des Experiments arbeitete der Prototyp des Antriebs auf Leistungsniveaus, die befindlichen elektrischen Schubstrahl der NASA an Bord ihrer Raumfahrzeuge erreicht wurden.

Die Forscher geben an, dass die Ergebnisse die nächste Entwicklungs- und Testphase leiten werden. „Bei der NASA arbeiten wir gleichzeitig an vielen Dingen, und wir haben den Mars nicht aus den Augen verloren." „Die erfolgreiche Leistung unseres Schubdüsen-Systems in diesem Test zeigt echten Fortschritt auf dem Weg, einen amerikanischen Astronauten zum ersten Mal auf dem Roten Planeten landen zu lassen", sagte NASA-Administrator Jared Isaacman. „Dies ist der erste Zeitpunkt in den Vereinigten Staaten, an dem ein elektrisches Antriebssystem mit einer solchen Leistung betrieben wurde und bis zu 120 Kilowatt erreichte.

Wir werden weiterhin strategische Investitionen tätigen, die diesen nächsten großen Sprung ermöglichen werden." Rekordbrechender Test eines Plasma-Schubdüsen-Systems Der Antrieb verwendet Lithium-Metall-Dampf und gehört zu einer Technologieklasse, die als magnetoplasmadynamische (MPD)-Schubdüsen bekannt ist.

Moegliche Anwendungen

Diese Systeme erzeugen Schub, indem sie elektrische Ströme und magnetische Felder nutzen, um Plasma mit extrem hohen Geschwindigkeiten zu beschleunigen. Während fünf getrennter Zündungen leuchtete die Wolfram-Elektrode der Schubdüse in strahlendem Weiß, während die Temperaturen über 5.000 Grad Fahrenheit (2.800 Grad Celsius) stiegen.

Die Tests wurden im Electric Propulsion Lab der JPL durchgeführt, das über eine einzigartige Anlage verfügt, mit der elektrische Triebwerke, die auf Metall-Dampf-Treibstoffen basieren und Leistungen im Megawattbereich erreichen, sicher bewertet werden können.

Warum elektrische Antriebe für den Mars wichtig sind Elektrische Antriebssysteme sind deutlich kraftstoffeffizienter als herkömmliche chemische Raketen und benötigen bis zu 90 % weniger Treibstoff. Statt kurzer, kraftvoller Schubimpulse liefern sie einen sanften, aber kontinuierlichen Vorschub, der Raumfahrzeuge über lange Zeiträume hinweg stetig beschleunigt.

Leistung und Energieausbeute

Die NASA setzt elektrische Antriebe bereits bei Missionen wie Psyche ein, die derzeit die leistungsstärksten elektrischen Triebwerke der Agentur betreibt. Im Laufe der Zeit kann das Antriebssystem Geschwindigkeiten von 124.000 mph beschleunigen. Der neue mit Lithium gespeiste MPD-Triebwerk könnte langfristig einen deutlich höheren Schub liefern als bestehende Systeme.

Zwar wird die MPD-Antriebsart seit den 1960er Jahren erforscht, doch wurde die Technologie bisher noch nicht operationell im Weltraum eingesetzt.

In einem kürzlich durchgeführten Test am JPL erreichte der Antrieb eine Leistung von 120 Kilowatt, mehr als 25-mal so viel wie die Triebwerke, die derzeit an der Psyche im Einsatz sind. „Die Entwicklung und der Bau dieser Triebwerke über die letzten Jahre hinweg waren eine lange Vorbereitungsphase für diesen ersten Test", sagte James Polk, leitender Wissenschaftler am JPL. „Dies ist ein entscheidender Moment für uns, denn wir haben nicht nur nachgewiesen, dass das Triebwerk funktioniert, sondern auch die angestrebten Leistungsniveaus erreicht.

Und wir wissen, dass wir über

Und wir wissen, dass wir über ein geeignetes Testumfeld verfügen, um bereits jetzt an den Herausforderungen der Skalierung zu arbeiten." Im Inneren der NASA-Glowing-Plasma-Engine-Testanlage beobachtete Polk das Experiment durch ein kleines Sichtfenster in der 26 Fuß (8 Meter) langen wassergekühlten Vakuumkammer.

Sobald das Triebwerk aktiviert wurde, leuchtete seine stromlinienförmige äußere Elektrode intensiv auf und erzeugte einen leuchtend roten Plasmastrahl. Polk hat sich über Jahrzehnte mit elektrischen Antriebstechnologien beschäftigt und trug zuvor zur NASA-Mission Dawn sowie zu Deep Space 1 bei, dem ersten Raumfahrzeug, das elektrischen Antrieb jenseits der Erdumlaufbahn demonstrierte.

Skalierung für bemannte Marsmissionen Forscher hoffen, die Leistung jedes Thrusters langfristig auf Werte zwischen 500 Kilowatt und einem Megawatt zu steigern. Eine der größten technischen Herausforderungen besteht darin, sicherzustellen, dass die Hardware auch bei extremen Temperaturen über lange Zeiträume zuverlässig funktioniert.

Leistung und Energieausbeute

Eine bemannte Marsmission könnte eine Gesamtleistung von 2 bis 4 Megawatt erfordern, was bedeutet, dass mehrere MPD-Thruster wahrscheinlich kontinuierlich für mehr als 23. betrieben werden müssten. Wissenschaftler glauben, dass Lithium-gefütterte MPD-Engines eine wichtige Rolle bei zukünftigen Tiefraumerkundungen spielen könnten, da sie starken Schub mit einer effizienten Treibstoffnutzung kombinieren.

In Kombination mit nuklearen Energiesystemen könnten sie die Startmasse reduzieren, während sie gleichzeitig die schweren Nutzlasten für bemannte Marsmissionen mitführen.

Das Kernenergie-Elektrische-Antriebsprogramm der NASA Das Projekt für den MPD-Ionentriebwerk befindet sich seit anderthalb Jahren in der Entwicklung im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen dem Jet Propulsion Laboratory (JPL), der Princeton University in New Jersey und dem Glenn Research Center der NASA in Cleveland.

Die Finanzierung erfolgt über das Raumfahrt-Kernenergie-Antriebsprojekt der NASA, das 2020 ins Leben gerufen wurde, um die Entwicklung für zukünftige Marsmissionen zu unterstützen. Die Aktivitäten werden vom Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, verwaltet und gehören zur Raumfahrt-Technologie-Missionsdirektion der Agentur.