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Elektrische Satelliten­antriebe

Gute Kommunikation benötigt exakte Positionierung: Die Kernforschungsfelder des SeRANIS-Projektes beschäftigen sich mit Kommunikation und Übertragung von Daten. Für eine schnelle und effiziente Kommunikation, unabhängig von der dafür verwendeten Technologie, ist eine exakte Positionierung des Satelliten nötig. Für solche Zwecke haben sich elektrische Antriebe bewährt – dank der präzisen Einstellmöglichkeiten der erzeugten Kräfte sowie hoher Effizienz.

Der Vorteil von elektrischen Raumfahrtantrieben im Vergleich zu anderen Antriebsarten ist der hohe spezifische Impuls, der mit deutlich geringerer Treibstoffmenge erzeugt wird, was diese Systeme speziell für Langzeitmissionen attraktiv macht. Dies gibt Anlass zur Erforschung von Lösungen für bestehende Probleme, wie beispielsweise der Gittererosion bei Ionentriebwerken oder der Skalierbarkeit von Hall-Effekt-Antrieben, aber auch zur Entwicklung von neuen Antriebskonzepten.

Kernziele & Allein­stellungs­­merkmal

Am Institut für Plasmatechnik und Mathematik der Universität der Bundeswehr wurden zwei Antriebskonzepte – C-Star und HERVAT – für die Positionierung von Satelliten entworfen und unter Laborbedingungen getestet. Ersteres Konzept basiert auf einer kapazitiv-gekoppelten Radiofrequenz-Entladung, wo die geladenen Teilchen eines quasi-neutralen Plasmas durch Magnetfelder beschleunigt werden. Somit benötigt ein C-Star-Antrieb keine Zusatzkomponenten, die eine elektrostatische Aufladung des Satelliten verhindern würden (sog. Neutralisator). Das Konzept ist skalierbar und aufgrund fehlender Kathode mit einer langen Lebenszeit charakterisiert. Des Weiteren kann ein C-Star-Antrieb mit unterschiedlichen Treibstoffen arbeiten, was nicht nur umweltfreundlicher ist, sondern auch erlaubt, die Betriebskosten zu senken. Das zweite Konzept (HERVAT) ist eine Vakuumentladung, die vor allem durch einen simplen Aufbau gekennzeichnet ist und, ähnlich zum C-Star, keinen Neutralisator benötigt. Ursprünglich für Mikrosatelliten (Cube Sat) entwickelt, konnten mit diesem System unter Laborbedingungen über 107 positionskorrigierende Pulse durchgeführt werden.

Das SeRANIS-Projekt stellt eine Möglichkeit dar, die unter Laborbedingungen erarbeiten Konzepte unter realen Einsatzbedingungen zu erforschen. Dabei werden beide Antriebe an die Größe des Satelliten und die Bordbedingungen angepasst und durchlaufen eine Serie an Qualifizierungen, um eine Flugzertifizierung zu erlangen.

Was wollen wir erreichen?

Im Kern des SeRANIS-Projektes liegt die Übertragung des im wissenschaftlichen Umfeld erworbenen Wissens über die Physik der elektrischen Antriebe in die Praxis. Somit stellt das im Projekt erworbene Fachwissen, vor allem im Hinblick auf die konstruktive Umsetzung und die Flugzertifizierung von elektrischen Raumfahrtantrieben, einen wichtigen Faktor für die Entwicklung künftiger Antriebskonzepte dar. Darüber hinaus erlaubt das Projekt Studierenden und jungen Forschenden, für deren nachfolgende Karriere im militärischen, universitären oder industriellen Umfeld wichtige Erfahrungen zu sammeln.

Beteiligte Institute

Institut für Plasmatechnik und Mathematik

Ansprech­partner

Prof. Dr.-Ing. Jochen Schein