Reise zum Mars in 39 Tagen?

In Laborversuchen testen sie derzeit eine Verbesserung des Ionenantriebs, der bereits bei mehreren unbemannten Raumfahrts-Missionen wie bei der NASA-Sonde Dawn oder der japanischen Sonde Hayabusa eingesetzt wurde.

Herkömmliche Raketen erzeugen Schub durch Verbrennung chemischen Treibstoffs, benötigen jedoch den Grossteil davon für das Überwinden der Schwerkraft der Erde. Ein auf Ionenenergie basierender Antrieb stösst elektrisch geladene Atome oder Ionen durch ein elektrisches Feld aus und bewegt dadurch das Raumschiff in die entgegengesetzte Richtung.

Dabei entsteht weit weniger Schub als bei Treibstoff-betriebenen Raketen, wodurch sich ein Ionenantrieb allein nicht für das Verlassen der Erde eignet. Sobald sich eine Rakete jedoch im All befindet, eignet sich der Ionenantrieb jedoch sogar zum jahrelangen Antrieb. Die Beschleunigung geschieht dabei graduell, bis sich das angetriebene Objekt deutlich schneller als Treibstoff-betriebene Raketen bewegen.

VASIMR: So heiss wie eine Sonne

Bisherige Ionenantriebe scheiterten daran, dass ihre Beschleunigung auf die Hinausleitung von erhitztem Plasma durch Metallgitter mit unterschiedlicher Spannungen basiert. Bei dieser Form des Antriebs drohen die Ionen das Gitter beim Auftreffen jedoch zu zerstören, was die Kraft und Lebensdauer der Rakete entscheidend verringert.

Die Ad Astra-Forscher verbesserten diese Technik durch einen Antrieb namens VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket). Er basiert auf einem Generator für Radiofrequenzen, der die mitgeführten Plasma-Partikel erhitzt, zugleich jedoch nie mit den Ionen in Berührung kommt. Eine hundertfach stärkere Leistung als bisherige Raumfahrtsobjekte mit Ionenantrieb ist dadurch laut den Forschern in greifbarer Nähe.

Ähnlich der Funktion einer Dampfturbine, erhitzt VASIMR in der ersten Stufe ein Gas von Argon-Atomen bis zu einer Temperatur, an denen die Elektronen Plasma bilden. Wird das Plasma in dieser Form aus der Rakete geschossen, könnte es selbst Schubkraft erzeugen - allerdings mit geringem Wirkungsgrad. Um diesen zu optimieren, heizt eine zweite Stufe der Rakete die Ionen auf etwa eine Mio. Grad Celsius auf, was der Temperatur im Zentrum der Sonne entspricht.

Dabei macht man sich die Tatsache zunutze, dass sich Ionen in starken Magnetfeldern wie etwa bei supraleitenden Magneten, mit einer fixen Frequenz drehen. Der Radiofrequenz-Generator wird auf dieselbe Frequenz eingestellt und speist noch zusätzlich Energie in die Ionen ein. Starke Magnetfelder leiten das Plasma aus dem hinteren Teil des Antriebs und treiben die Rakete in die entgegengesetzte Richtung fort.

Atomreaktor im Gepäck

«Es handelt sich um den leistungsstärksten Antrieb mit supraleitendem Plasma, der jemals hergestellt wurde», betont Jared Squire, Forschungsdirektor bei Ad-Astra, gegenüber New Scientist. Während die erste Stufe erstmals am 2. Juli erfolgreich getestet wurde, startete in der vergangenen Woche der Test der zweiten Stufe der Plasma-Erhitzung. Die erforderliche Energie könnte VASIMR grundsätzlich aus Sonnenenergie erhalten. Für eine 39-tägige Marsreise würde dies jedoch nicht ausreichen, sondern man wäre auf einen mitgeführten Atomreaktor angewiesen.

(bert/pte)