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Ionenantrieb



Ein Ionenantrieb ist ein Antrieb für Raumfahrzeuge, bei dem die Abstoßung von einem Ionenstrahl zur Fortbewegung genutzt wird. Es wird auch der Begriff "solar-elektrischer Antrieb" bzw. "Solar Electric Propulsion" (SEP) verwendet.

Der Ionenstrahl besteht aus einem elektrisch geladenen Gas (z.B. Xenon). Erzeugt wird der Ionenstrahl durch ionisierte Gasteilchen, die in einem elektrischen Feld oder mittels einer Kombination eines elektrischen Feldes und eines Magnetfeldes unter Ausnutzung des Hall-Effektes beschleunigt und dann in Form eines Strahls ausgestoßen werden. Die Energie zur Erzeugung der Felder wird üblicherweise mit Hilfe von Solarzellen gewonnen. Daher wurde dem Ionenantrieb auch der Name "solar-elektrischer Antrieb" gegeben. Als Treibstoff des Ionenantriebs dient sowohl das Gas als auch die zusätzlich benötigte elektrische Energie.

Vergleichsweise bieten bisherige Ionenantriebe gegenüber konventionellen chemischen Triebwerken (Raketen) einen geringen Schub (vergleichbar mit der Kraft, die eine Postkarte auf eine Hand ausübt: 70 Millinewton, entspricht der Gewichtskraft von 7 Gramm). Die Gesamtmasse des Raumfahrzeugs muss deshalb so klein wie möglich gehalten werden (bei SMART-1 367 Kilogramm). Erst die neuesten Solarzellen liefern eine ausreichende Leistung (bei SMART-1 ca. 1 300 Watt), um technisch umsetzbare Ionenantriebe zu versorgen.

Der Vorteil des Ionenantriebs liegt darin, dass dieser weniger Treibstoff verbraucht, weil die Geschwindigkeit der austretenden Teilchen wesentlich größer ist als bei konventionellen Triebwerken. Raumfahrzeuge mit Ionenantrieb eignen sich daher besonders gut, um andere Planeten zu erreichen.

Das Prinzip des Ionenantriebs ist bereits seit den sechziger Jahren entwickelt worden. Erste Versuche verliefen aber nur mit geringem Erfolg, da Cäsium oder Quecksilberdampf als Ionenquelle benutzten, wodurch die Düsen rasch anfingen zu korrodieren. Erst als man anfing, das Edelgas Xenon als Ionenquelle zu verwenden, bekam man dieses Problem in den Griff. Ein Prototyp dieses Triebwerkstyps arbeitete erstmals 1992 auf dem europäischen Satelliten Eureka. Auch die Raumsonde Deep Space 1 besitzt ein Ionentriebwerk. Sie ist Teil des "New-Millennium-Programms" der NASA, in dem es mehr um das Testen neuer Technologien als um wissenschaftliche Erkenntnisse geht. 2002 startete die ESA den Satelliten Artemis, auf dem zwei neue Ionenantriebe, die sich in der Produktion der Xenonionen unterscheiden, zum Testen installiert sind. Beim Rita-Triebwerk erzeugen Radiofrequenzen die Ionen ("Radiofrequency Ion Thruster Assembly"), während im Kaufmann-Triebwerk das Gas durch Erhitzung ionisiert wird. Durch den missglückten Start kam das Ionentriebwerk zu Ehren, da damit die letzten 5000 km bis zur geplanten geostationären Umlaufbahn nach 18 Monaten erreicht wurden.

Siehe auch: Rakete, SMART-1, Deep Space 1

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