Lichtbogen-Antrieb Zum Mars mit Elektromotoren aus Stuttgart

An einer Alternative zu chemischen Triebewerken für den Flug ins All arbeiten Forscherinnen in Stuttgart: Die Arbeitsgruppe entwickelt Lichtbogenantriebe. Sie sollen sparsamer, schneller und flexibler sein - und schon bald erstmals zum Mond fliegen.


Lichtbogentriebwerk: 30.000 Grad heißer Treibstoff
DDP

Lichtbogentriebwerk: 30.000 Grad heißer Treibstoff

Eigentlich fühlt man sich im Labor des Instituts für Raumfahrtsysteme (IRS) an der Universität Stuttgart ein Stück weit in die Vergangenheit versetzt. Die Versuchsanlagen - große Stahlkessel für den Test von Triebwerken - wirken etwas altmodisch und angestaubt. Die herumliegenden Werkzeuge und Kabelreste wollen so gar nicht der Vorstellung von einem Hightech-Labor entsprechen. Und doch ist das, was hier passiert, visionär: Wissenschaftler und Studenten testen in den Räumen Lichtbogenantriebe für die Raumfahrt - so genannte Arcjets. Eine bemannte Mars-Mission ist eines ihrer futuristischen Ziele.

Monika Auweter-Kurtz, stellvertretende Leiterin des IRS, will zusammen mit ihren zumeist weiblichen Mitstreitern das noch Unmögliche möglich machen. "Mit elektrischen statt chemischen Antrieben ist man viel schneller und flexibler", sagt die Physikerin. Die Treibstoffersparnis sei ein Grund dafür, aber auch der Umstand, dass eine entsprechend ausgerüstete Rakete jederzeit umdrehen kann und nicht auf eine günstige Planetenkonstellation für den Rückflug vom Mars zur Erde warten muss. Eine Mars-Mission wäre so in gut 18 Monaten zu schaffen - und damit in der Hälfte der Zeit, die mit herkömmlichen Triebwerken veranschlagt werden muss, sagt Auweter-Kurtz.

Antrieb im Dauertest unter Weltraumbedingungen

Die international anerkannte Expertin für elektrische Triebwerke setzt dabei vor allem auf thermische Lichtbogenantriebe, die in der Vision mit Wasserstoff, in der Realität noch mit Ammoniak oder Hydrazin betrieben werden. An ihrem Institut werden aber auch Magnetoplasmadynamische Triebwerke - so genannte MPD-Antriebe - auf ihre Tauglichkeit hin überprüft, die ebenfalls auf dem Lichtbogenprinzip beruhen. Das IRS verfügt gar über die einzige "Bodentestanlage" weltweit, in der große Plasmaantriebe unter Weltraumbedingungen einem Dauertest unterzogen werden können.

Beim thermischen Lichtbogenantrieb fließt zwischen Anode und Kathode ein elektrischer Strom durch den Lichtbogen. Im Bogeninneren - der "Seele" - wird der gasförmige Treibstoff auf bis zu 30.000 Grad Celsius aufgeheizt, dann in einer Düse "entspannt", um schließlich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 72.000 Kilometer pro Stunde auszutreten. Bei den MPD-Antrieben wird die Schubkraft dagegen mittels eines Magnetfeldes erzeugt, das den Treibstoff direkt beschleunigt. Bei Nutzung eines externen Magnetfeldes wurden bereits 144.000 Stundenkilometer erreicht.

Die größten Triebwerke sind nur 30 Zentimeter lang

Forscherin mit Triebwerk: Zum Mars in 15 Jahren?
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Forscherin mit Triebwerk: Zum Mars in 15 Jahren?

Kleine, thermische Lichtbogentriebwerke sind bereits im Einsatz, zum Beispiel bei der Steuerung von Nachrichtensatelliten. Um zum Mars zu kommen oder größere Lastentransporte im Weltall abzuwickeln - etwa für den Bau einer Mondstation - sind allerdings Antriebe von weitaus größerem Kaliber erforderlich. Die USA haben 1999 mit einem 26-Kilowatt-Gerät einen ersten Test gemacht. An der Uni Stuttgart werden inzwischen Antriebe mit einem Leistungsniveau von 100 Kilowatt getestet. Sie gelten als die derzeit größten thermischen Lichtbogentriebwerke der Welt, sind dabei aber nicht länger als 30 Zentimeter.

Auch wenn sich die Super-Antriebe noch in der Entwicklungsphase befinden, glaubt die Wissenschaftlerin, dass die Probleme etwa bei der Lagerung von Wasserstoff in den Griff zu bekommen sind. Nach ihrer Einschätzung könnte der Lichtbogenantrieb in 15 Jahren reif für die Mars-Mission sein.

Erst einmal bereiten sich die Stuttgarter aber auf eine andere Mission vor, die immerhin auf den Mond führen soll. Voraussichtlich 2009 will das Institut zwei seiner Antriebe im Weltall testen. Mit einer indischen Trägerrakete soll dabei ein kleiner Institutssatellit auf den Mond gebracht werden. Gut ein Jahr wird die Reise voraussichtlich dauern. Mehrere Monate soll der Satellit dann den Erdtrabanten umkreisen und schließlich kontrolliert auf die Mondoberfläche stürzen. Ist die Mission erfolgreich, weht auf dem Erdtrabanten bald die Fahne von Baden-Württemberg.

Von Tanja Wolter, ddp



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