Helicon-Reaktor in Betrieb. Bildnachweis: ESA Zum Vergrößern anklicken
Die ESA hat das Prinzip eines neuen Weltraumstrahlruders bestätigt, das letztendlich viel mehr Schub geben kann als die heutigen elektrischen Antriebstechniken. Das Konzept ist genial, inspiriert von den nördlichen und südlichen Auroren, den Leuchten am Himmel, die eine erhöhte Sonnenaktivität signalisieren.
"Im Wesentlichen nutzt das Konzept ein natürliches Phänomen aus, das sich im Weltraum abspielt." sagt Dr. Roger Walker vom Advanced Concepts Team der ESA. „Wenn der Sonnenwind ein? Plasma? Das von der Sonne freigesetzte elektrifizierte Gas trifft auf das Magnetfeld der Erde und bildet eine Grenze, die aus zwei Plasmaschichten besteht. Jede Schicht hat unterschiedliche elektrische Eigenschaften und dies kann einige Partikel des Sonnenwinds über die Grenze beschleunigen, wodurch sie mit der Erdatmosphäre kollidieren und die Aurora erzeugen. “
Im Wesentlichen ist eine Plasmadoppelschicht das elektrostatische Äquivalent eines Wasserfalls. So wie Wassermoleküle Energie aufnehmen, wenn sie zwischen die beiden unterschiedlichen Höhen fallen, nehmen elektrisch geladene Teilchen Energie auf, wenn sie sich durch die Schichten unterschiedlicher elektrischer Eigenschaften bewegen.
Die Forscher Christine Charles und Rod Boswell von der Australian National University in Canberra haben 2003 erstmals Plasma-Doppelschichten in ihrem Labor hergestellt und festgestellt, dass ihre beschleunigenden Eigenschaften neue Triebwerke für Raumfahrzeuge ermöglichen könnten. Dies veranlasste die Gruppe, einen Prototyp namens Helicon Double Layer Thruster zu entwickeln.
Die neue ESA-Studie, die im Rahmen des akademischen Forschungsprogramms Ariadna der ESA in Zusammenarbeit mit der Ecole Polytechnique in Paris durchgeführt wurde, bestätigt die australischen Ergebnisse, indem sie zeigt, dass unter sorgfältig kontrollierten Bedingungen die Doppelschicht gebildet werden kann und stabil bleibt, was eine konstante Beschleunigung ermöglicht von geladenen Teilchen in einem Strahl. Die Studie bestätigte auch, dass mit verschiedenen Treibgasgemischen stabile Doppelschichten erzeugt werden können.
? Die Zusammenarbeit war absolut hervorragend? sagt Dr. Pascal Chabert vom Laboratoire de Physique et Technologie des Plasmas der Ecole Polytechnique. "Es war ein echter Auftakt für mich und hat mir viele neue Ideen für Plasmaantriebskonzepte gegeben, die ich mit dem Advanced Concepts Team untersuchen kann." Die neue Ausrichtung unseres Labors hatte zu einem Patent für ein vielversprechendes neues elektrisches Antriebsgerät namens Electronegative Plasma Thruster geführt.
Um die Doppelschicht herzustellen, haben Chabert und Kollegen ein Hohlrohr geschaffen, um das eine Funkantenne gewickelt war. Argongas wurde kontinuierlich in die Röhre gepumpt und die Antenne sendete helikoidale Funkwellen von 13 Megahertz. Dies ionisierte das Argon und erzeugte ein Plasma. Ein divergierendes Magnetfeld am Ende des Rohrs zwang dann das Plasma, das das Rohr verlässt, sich auszudehnen. Dies ermöglichte die Bildung von zwei verschiedenen Plasmen stromaufwärts innerhalb des Rohrs und stromabwärts, und so wurde die Doppelschicht an ihrer Grenze erzeugt. Dies beschleunigte weiteres Argonplasma aus der Röhre in einen Überschallstrahl und erzeugte Schub.
Berechnungen deuten darauf hin, dass ein Helicon-Doppelschicht-Triebwerk bei der SMART-1-Mission der ESA etwas mehr Platz beansprucht als das elektrische Haupttriebwerk, jedoch bei höheren Leistungen von bis zu 100 kW möglicherweise ein Vielfaches mehr Schub liefert, während es ein ähnliches ergibt Kraftstoffeffizienz.
In den nächsten Schritten wird die ESA nun eine detaillierte Computersimulation des Plasmas im und um das Triebwerk erstellen und die Laborergebnisse verwenden, um seine Genauigkeit zu überprüfen, damit die Leistung im Weltraum vollständig bewertet werden kann und größere experimentelle Hochleistungsstrahlruder verwendet werden können in der Zukunft untersucht.
Ursprüngliche Quelle: ESA Portal
