Ionentriebwerke

Ionentriebwerke sind elektrische Raumfahrtantriebe, die Schub erzeugen, indem sie Ionen elektrisch beschleunigen. Als Treibstoff werden typischerweise Edelgase wie Xenon, Krypton oder Argon verwendet. Der beschleunigte Ionenstrom wird durch einen neutralisierenden Elektronenstrahl kompensiert, damit das Raumfahrzeug nicht elektrisch aufgeladen wird. Durch den hohen spezifischen Impuls, aber geringen Schub eignen sich Ionentriebwerke besonders für Langzeitmissionen.

Funktionsprinzip: In einer Ionisationsstufe wird Treibstoff ionisiert. Die Ionen gelangen in eine Beschleunigungseinrichtung, wo sie durch hohe Spannungen auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Die neutralisierende Elektronenquelle sorgt dafür, dass am Austritt keine Nettoladung entsteht. Die Energie stammt meist aus Solarpanelen oder anderen Energiequellen an Bord.

Typen: Elektrostatik-Ionen-Triebwerke (gridded ion thrusters) verwenden mehrstufige Beschleunigungsgitter, um Ionen zu beschleunigen. Hall-Effekt-Triebwerke arbeiten mit einem Magnetfeld, das Elektronen bindet und einen starken axialen Strom erzeugt; die Ionen werden durch das elektrische Feld im Triebwerkskanal beschleunigt. Beide Systeme liefern hohen spezifischen Impuls, jedoch niedrigen bis moderaten Schub im Vergleich zu chemischen Triebwerken.

Leistung und Einsatz: Typische spezifische Impulse liegen oft im Bereich von 1500 bis über 3000 Sekunden, abhängig von Typ und Treibstoff. Der erzeugte Schub reicht von Millinewton bis wenigen Newton. Anwendungen umfassen Langzeittransfers, Tiefraummissionen sowie Satelliten-Stabilisierung und orbitaler Transfer.

Geschichte: Erste funktionsfähige Ionentriebwerke wurden in den 1960er Jahren entwickelt. Missionsbeispiele wie Deep Space 1 demonstrierten die Technologie, Dawn setzte Xenon-Ionenantriebe im Flug ein. Die Technologie hat sich zu einer etablierten Form der elektrischen Raumfahrt propulsion entwickelt.