Test eines Radiofrequenz-Ionen-Triebwerks (RIT) beim DLR Test eines Radiofrequenz-Ionen-Triebwerks (RIT) beim DLR - © Foto: DLR (CC-BY3.0) -
DAUN, 22.09.2017 - 14:02 Uhr
Technik - Satellit

Marktreif: Elektrische Raumfahrt-Antriebe „Made in Germany“

Elektrische Antriebe gelten als besonders zukunftsträchtige Raumfahrttechnologie. Sie haben zwar weniger Schubkraft, dafür aber eine deutlich höhere Treibstoff-Effizienz als herkömmliche chemische Triebwerke. Satelliten können damit erheblich leichter und langlebiger werden. Andererseits können die Nutzlasten bei weniger Treibstoffmasse steigen. Elektrische Triebwerke sind also besonders für interplanetare Langzeitmissionen von Interesse - oder für leistungsfähige Kommunikationssatelliten.

Deutschland engagiert sich seit mehreren Jahrzehnten in der Forschung für elektrische Triebwerke. Das Raumfahrtmanagement im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn fördert mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) seit einigen Jahren auch die industrielle Entwicklung von elektrischen Triebwerken. Mit nun auch kommerziellem Erfolg:

Auf der „World Satellite Business Week“ in Paris gab ArianeGroup am 13. September 2017 bekannt, im Rahmen eines gemeinsamen Entwicklungsprogrammes einen ersten Produktionsauftrag für Flugsätze des Elektrischen Antriebssystems RIT 2X für Boeing Telekommunikations-Satelliten unter Vertrag zu haben. Die Antriebssysteme werden dabei von der ArianeGroup in Lampoldshausen entwickelt, gefertigt und getestet. Die dazugehörige Stromversorgungselektronik kommt von den Airbusstandorten in Friedrichshafen und Madrid. Zusätzlich wurde eine längerfristige Zusammenarbeit vereinbart, die diese Antriebssysteme auch für die zukünftigen Satelliten der Produktlinie vorsieht. Die ersten beiden rein elektrisch-angetriebenen Kommunikationssatelliten wurden von Boeing gebaut und sind 2015 gestartet worden.

„Das Antriebssystem ist ein Paradebeispiel für den Erfolg unserer langjährigen und nachhaltigen Förderung“, erläutert Dr. Gerd Gruppe, Vorstand für das DLR Raumfahrtmanagement. „Mit einer strategisch gut aufgesetzten Planung ist es uns zusammen mit der ArianeGroup gelungen, das weltweite Vertrauen in deutsche Hochtechnologie zu stärken. Dieses Engagement trägt nun Früchte.

Die bestellten Antriebssysteme basieren auf der so genannten RIT-Technologie (Radiofrequency Ion Thruster). Das DLR Raumfahrtmanagement unterstützt die Entwicklung dieser Antriebssysteme sowohl über Beiträge aus dem nationalen Förderprogramm als auch über die deutschen Beiträge zum ESA-Entwicklungsprogramm für Satellitenkommunikations-produkte und -dienste (ARTES).

„Sein wahres Potenzial konnte das RIT erstmals im Jahr 2001 - damals noch in der kleineren Version RIT-10 - auf der ESA-Satellitenmission ARTEMIS demonstrieren. ARTEMIS wurde von der Startrakete zu niedrig ausgesetzt, konnte sich aber durch den Einsatz des RIT-10-Triebwerks retten. Dank seiner Treibstoffeffizienz sind die erzielbaren Gewichtseinsparungen besonders hoch“, berichtet Lisa Martin Perez, die im Raumfahrtmanagement das Thema „Elektrische Antriebe“ betreut.

Neben verschiedenen elektrischen Triebwerkstechnologien wird in Deutschland auch eine eigene voll-elektrisch angetriebene Satellitenproduktlinie bei OHB System in Bremen entwickelt. „Electra wird von Deutschland und Partnerländern im Rahmen des ARTES-Programms der ESA in einer öffentlich-privaten Partnerschaft realisiert“, schildert Dr. David Futterer, Electra-Programmkoordinator beim DLR Raumfahrtmanagement. Privater Partner und gleichzeitig erster Kunde von Electra ist der Satellitenbetreiber SES aus Luxemburg.

Solarenergie statt chemischer Flüssigtreibstoffe

Anders als bei chemischen Antrieben, bei denen die Energie im Treibstoff gespeichert ist, stammt bei elektrischen Antrieben die Energie aus den Solarzellen des Satelliten. Die RIT-Triebwerke nutzen elektromagnetische Wellen im Radiofrequenz-Bereich, um das Antriebsgas - üblicherweise wird bei elektrischen Triebwerken Xenon verwendet - zu ionisieren, also elektrisch aufzuladen. Anschließend wird das ionisierte Gas durch ein unter hoher elektrischer Spannung stehendes Gitter beschleunigt. Dadurch erfährt der Satellit einen Stoß und wird in die gewünschte Richtung angetrieben.

Für diesen Vorgang benötigen die Triebwerke eine anspruchsvolle Kombination aus hohen Spannungen und hohen Strömen, die von der Stromversorgungseinheit zur Verfügung gestellt wird.


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