R.2. Raketentechnik

R.2.2.2.3. Ionenantrieb

a) Treibstoffproblem

In Ionentriebwerken wird ein Treibstoff benötigt, der bei eigener hoher Dichte, leicht verdampf- und ionisierbar sein soll. Normalerweise wird dieser nämlich zunächst in die Gasphase überführt und dann in in eine Reaktionskammer transportiert, in der seine Ionisation stattfindet. Ein idealer Treibstoff für diesen Antriebstyp wurde aber bisher noch nicht gefunden, denn es ist nicht einfach, alle physikalischen Anforderungen gleichzeitig zu erfüllen.

Es kommen sowohl Feststoffe als auch Gase zum Einsatz. Neben Rubidium, Quecksilber (wie in DE 31 02 070 A1) und Cäsium wird heute hauptsächlich Xenon verwendet, obwohl es als Edelgas mit hohem Molekulargewicht nur schwer ionisiert werden kann. Jedoch spart man sich bei diesem Treibstoff den Verdampfungsprozess und es ist einfach in Drucktanks zu lagern, was die Gesamtkosten für das Triebwerk verringert.

b) Wirkungsweise eines Ionentriebwerks

Figur IOT: Ionentriebwerk (aus DE 199 48 229 C1).

Wie ein Ionentriebwerk funktioniert, kann Figur IOT aus DE 199 48 229 C1 entnommen werden. Wird bereits ein gasförmiger Treibstoff verwendet, entfällt eine Erhitzerstufe, die den Treibstoff zunächst in diesen Aggregatszustand versetzt. Dies ist in dieser Patentschrift der Fall.

Das Gas wird mittels einer Zufuhreinrichtung (20) über einen Gaseinlass (10) in ein Entladungsgefäß (2) transportiert, wo seine Ionisierung stattfinden soll. Für diesen Zweck wird das Gas beispielsweise mit Elektronen beschossen oder wie hier einem elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt, das von einer Hochfrequenzspule (3) erzeugt wird.

Die so entstandenen Ionen werden anschließend mittels Beschleunigungsgittern (11), an denen ein elektrostatisches Feld liegt, in eine Auslassrichtung beschleunigt und erzeugen so nach dem Rückstoßprinzip den Schub des Triebwerks. Die abgetrennten Elektronen werden über einen Neutralisator dem Ionenstrom hinter dem Auslass wieder zugeführt.

Zitierte Patentdokumente
Patentnummer	Jahr	Titel
DE 31 02 070 A1	1981	Mercury-vapour propulsion system
DE 199 48 229 A1	1999	Hochfrequenz-Ionenquelle

Ergänzungsdokumente
Patentnummer	Jahr	Titel
DE 69 803 958 T2	1998	Elektrostatischer Antrieb, Raumfahrzeug und Verfahren zu dessen Antrieb