Ein Satellit mit einem Elektromotor, der in der Luft arbeitetDie Europäische Weltraumorganisation (ESA)
führte die weltweit ersten Tests eines Elektromotors durch, bei dem verdünnte Luftmoleküle als „Kraftstoff“ (Arbeitsmedium) verwendet werden. Diese Technologie wird als
luftatmender elektrischer Antrieb oder atmosphärenatmender elektrischer Antrieb (ABEP) bezeichnet. Zukünftig können solche Triebwerke auf Satelliten installiert werden, die sich in sehr niedrigen Umlaufbahnen schnell drehen.
Beispielsweise arbeitete ein
GOCE- Raumschiff mit einem Ionenmotor zur Kartierung der Erdschwerkraft für 56 Monate in einer Höhe von 260 km. Seine Lebensdauer war durch die Versorgung mit Xenon begrenzt: Er konnte nur 40 kg mitnehmen. Als Xenon endete, fiel der Satellit machtlos und brannte in der Atmosphäre, und die Mission musste abgeschlossen werden. Es wird keine derartigen Probleme mit Luft geben, da selbst in der oberen Atmosphäre genügend Sauerstoffmoleküle vorhanden sind. Wenn der Satellit also gezwungen ist, die Umlaufbahn zu verlassen, ist der Grund dafür nicht ein Mangel an „Treibstoff“, sondern der Verschleiß von Komponenten oder andere Gründe.
Tatsächlich handelt es sich um eine neue Klasse von Satelliten, die in einer sehr niedrigen Umlaufbahn sehr lange arbeiten können. Und das ist noch nicht alles. Ähnliche Geräte können in der oberen Atmosphäre anderer Planeten arbeiten. Zum Beispiel über Kohlendioxid in der Marsatmosphäre.
Ionenmotor in der Luft, Foto während des Tests aufgenommenEin Ionenmotor ist eine Art elektrischer Raketentriebwerk, dessen Prinzip auf der Erzeugung eines Strahlantriebs basiert, der auf ionisiertem Gas basiert und in einem elektrischen Feld auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt wird. Es gibt keine beweglichen Teile, und um Traktion zu erzeugen, müssen Sie nur Strom von Sonnenkollektoren zu Spulen und Elektroden bringen. In der Motorkonstruktion bietet der „Partikelflussgenerator“ einen Hochgeschwindigkeitsfluss von Molekülen für das von der polnischen Firma QuinteScience entwickelte Ansaugsystem. Dann werden die Partikel ionisiert und herausgeworfen, wodurch Traktion entsteht.
Für dieses Projekt haben die ESA-Ingenieure den Ionenmotor so umgestaltet, dass er Sauerstoffmoleküle in einer Konzentration verwenden kann, die der Satellit in einer Höhe von 200 km mit einer Geschwindigkeit von 7 km / s erfassen kann.
Die Dichte der Atmosphäre hängt von der Höhe und der Sonnenaktivität ab. Darüber hinaus sind Ort und Jahreszeit betroffen. Die Grafiken zeigen die ungefähre Dichte der Atmosphäre in Abhängigkeit von Höhe und Sonnenaktivität.
Um sicherzustellen, dass das Raumfahrzeug auf einer bestimmten Höhe gehalten wird, darf der Triebwerksschub unter Bedingungen maximaler Sonnen- und Erdmagnetaktivität nicht unter dem Maximalwert des Luftwiderstands liegen. Um die erforderliche Durchflussrate des Arbeitsmediums oder die Lebensdauer des Triebwerks abzuschätzen, muss der Durchschnittswert des Luftwiderstands verwendet werden. Die Tabelle zeigt die Widerstandskraft, die der minimalen und maximalen solaren und geomagnetischen Aktivität entspricht. Minimal-, Maximal- und Durchschnittswerte wurden über einen Zeitraum von einem Jahr in einem einheitlichen geografischen Raster für jede Ebene der solaren und geomagnetischen Aktivität (
Quelle ) berechnet.
Ein experimenteller ESA-Motor wurde von der italienischen Firma Sitael hergestellt. Es ist ein zweistufiger Motor, der die beste Ionisation und Teilchenbeschleunigung bietet, die herkömmliche Elektromotorsysteme bieten. Zuvor wurde das Design in einer Computersimulation getestet, und dann war die Zeit für echte Tests gekommen.
Die Tests wurden in einer Vakuumkammer (Abbildung) mit einer Simulation der Bedingungen in einer Höhe von 200 km durchgeführt.
VersuchsaufbauIn der ersten Stufe wurde der Motor von einem Teilchenstrahlgenerator auf Xenon überprüft. Dann wurde Xenon teilweise durch ein Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch ersetzt. Als sich die Farbe des Strahls vom Motor von Xenonblau zu Purpur änderte, wurde klar, dass der Motor in Luft lief.
Der Motor in der VakuumkammerAm Ende wurde der Motor wiederholt nur mit atmosphärischem Gas betrieben, um die Realisierbarkeit der Idee zu beweisen. Die Verwendung von Luft als „Kraftstoff“ (Arbeitsmedium) für einen Elektromotor ist somit keine Fantasie mehr, sondern eine vollständig funktionierende Idee.