Die Europäische Weltraumorganisation hat den ersten Test eines Ramjet-Ionen-Triebwerks mit Luft aus der Umgebungsatmosphäre als Kraftstoff gemeldet. Eine auf der offiziellen Website der Agentur veröffentlichte Pressemitteilung besagt, dass solche Triebwerke künftig in kleinen Satelliten eingesetzt werden können, sodass sie nahezu unbegrenzt lange in einer Umlaufbahn mit einer Höhe von 200 Kilometern oder weniger arbeiten können.
Ionenmotoren basieren auf dem Prinzip der Ionisierung von Gaspartikeln und ihrer Beschleunigung unter Verwendung eines elektrostatischen Feldes. Aufgrund der Konstruktionsmerkmale werden Gaspartikel in solchen Motoren auf viel höhere Drehzahlen beschleunigt als in chemischen Motoren. Ionenmotoren können einen viel höheren spezifischen Impuls erzeugen und einen geringeren Kraftstoffverbrauch aufweisen, haben jedoch einen wesentlichen Nachteil: Sie erzeugen im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Motoren einen extrem geringen Schub. Deshalb werden Ionenmotoren heute in der Praxis selten eingesetzt. Zu den jüngsten Beispielen für ihre Verwendung zählen möglicherweise das Raumschiff Dawn, das derzeit den Zwergplaneten Ceres umkreist, und die Mission BepiColombo zur Erforschung von Merkur, die Ende 2018 beginnen wird.
Diagramm eines Staustrahl-Luftionenmotors.
Die heute verwendete Standardkonfiguration von Ionentriebwerken setzt eine Versorgung mit Kraftstoff voraus, bei dem es sich normalerweise um Xenongas handelt. Es gibt aber auch das Konzept der Ramjet-Ionen-Triebwerke, das in realen Weltraummissionen noch nie eingesetzt wurde. Es unterscheidet sich von herkömmlichen Ionenmotoren dadurch, dass die Kraftstoffquelle keine endliche Gasversorgung ist, die vor dem Start in den Tank geladen werden muss, sondern direkt Luft aus der Erdatmosphäre oder einem anderen Körper mit einer Atmosphäre.
Theoretisch kann sich ein kleines Raumschiff, das mit einem solchen Motor ausgestattet ist, mit einer Höhe von 150 Kilometern fast für immer in einer niedrigen Umlaufbahn befinden. In diesem Fall wird das atmosphärische Bremsen durch den Schub des Motors ausgeglichen, der Luft aus dieser Atmosphäre zieht.
Bereits 2009 startete die Europäische Weltraumorganisation den Satelliten GOCE, der sich dank eines ständig eingeschalteten Ionenmotors mit Xenonversorgung seit fast fünf Jahren in einer Umlaufbahn von 255 Kilometern befindet. Als Ergebnis des Experiments beschloss die ESA, ein Konzept für ein Ramjet-Ionen-Triebwerk für ähnliche Satelliten mit niedriger Umlaufbahn zu entwickeln.
Gasprobenahme.
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Ionenmotortest mit Xenon als Kraftstoff.
Der Prototyp wurde in einer Vakuumkammer getestet. Zunächst wurde beschleunigtes Xenon in die Anlage eingespeist. Im Rahmen des zweiten Teils des Experiments wurde ein Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff in das Gasansaugsystem eingespeist, das die atmosphärische Zusammensetzung in einer Höhe von 200 Kilometern simulierte. Im letzten Teil des Tests verwendeten die Ingenieure ein sauberes Luftgemisch, um die Funktionalität des Systems im Hauptmodus zu testen.
Ionenmotortest mit Luft als Kraftstoff.
Nikolay Khizhnyak