Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Leichter durch den Weltraum: Teilchensimulationen für Ionenantriebe in der Raumfahrt

26.09.2008
Mit einem Kick-off-Treffen startet am 30. September das Drei-Jahres-Projekt "Teilchensimulationen für Ionenantriebe in der Raumfahrt" der Helmholtz-Hochschulnachwuchsgruppe im Teilinstitut Greifswald des Max-Planck-Instituts für Plasmaphysik (IPP).

Die mathematisch-physikalischen Werkzeuge dafür wurden ursprünglich für die Fusionsforschung entwickelt. Jetzt sollen sie daran angepasst werden, elektrische Triebwerke für die Raumfahrt rechnerisch zu beschreiben und zu optimieren. Beteiligt ist die Firma Thales in Ulm, gefördert wird das Projekt mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie durch die Raumfahrt-Agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Ionenantriebe arbeiten, wie herkömmliche Raketentriebwerke, nach dem Rückstoßprinzip: Der Treibstoff wird jedoch nicht verbrannt, sondern elektrisch aufgeladen, d.h. ionisiert. Es entsteht ein Plasma aus elektrisch geladenen Teilchen, aus Elektronen und Ionen. Die Ionen werden in elektrischen Feldern beschleunigt. Es entsteht ein hochenergetischer Teilchenstrahl, dessen Rückstoß das Raumfahrzeug nach vorne treibt. Die benötigte elektrische Leistung liefern Solarzellen.

"Ionentriebwerke sind für Satellitenantriebe sehr interessant", erklärt Dr. Philip Willemsen vom DLR, "weil im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Triebwerken vielfach höhere Austrittsgeschwindigkeiten der Strahlteilchen erreicht werden. Da so weniger Treibstoff gebraucht wird, kann die Startmasse des Satelliten kleiner sein. Das kann klare Kostenvorteile bringen und größere Flexibilität. Die ausgewiesene Kompetenz in der Plasmatheorie und die speziellen Vorarbeiten der Hochschulnachwuchsgruppe um Dr. Ralf Schneider machen das IPP zu einem idealen Partner, um die theoretische Beschreibung von Ionenantrieben voranzutreiben."

Die Entwicklung von Ionentriebwerken war bisher überwiegend Erfahrungssache. Um ihre Leistungsfähigkeit weiter zu verbessern, setzt man jetzt - angesichts der Fortschritte der Computermodelle und bei der Beschreibung des Plasmaverhaltens in den Antrieben - auch auf die rechnerische Modellierung. Dabei wird sich das Projekt auf so genannte HEMP-Triebwerke konzentrieren: In diesem "Hocheffizienz-Mehrstufen-Plasma-Triebwerk" der Firma Thales in Ulm wird der Treibstoff in einem magnetisch fokussierten Gleichfeldplasma ionisiert. Die für die Ionenbeschleunigung nötigen elektrischen Felder stellen sich über den magnetischen Einschluss im Plasma von selbst ein.

Beeinflussen lassen sich die Eigenschaften des Antriebsplasmas beispielsweise durch die Form des Entladungsgefäßes, die Lage von Gaseinlass und Elektroden oder die Topologie der Magnetfelder. Um das mikroskopische Plasmaverhalten in HEMP-Triebwerken beschreiben und damit Arbeits- und Leistungscharakteristika vorhersagen zu können, wollen die Wissenschaftler um Dr. Schneider nun Codes aus der Fusionsforschung verwenden. Sie wurden ursprünglich entwickelt, um die Wechselwirkung von Fusionsplasmen mit den umgebenden Gefäßwänden zu berechnen.

Plasmaphysikalisches Verständnis ist hier tatsächlich nötig: So ist bisher zum Beispiel der erhöhte Energieverlust der Elektronen im ionisierten Treibstoff nur unzureichend geklärt - ein großes Problem bei der Entwicklung effizienter Ionentriebwerke. Als mögliche Ursache kommen Fluktuationen in Frage, die durch Plasmainstabilitäten hervorgerufen werden, oder auch die Wechselwirkung des Plasmas mit den Wänden. In vielen Aspekten erinnert dies an Fragestellungen in Fusionsplasmen, nämlich den turbulenten anomalen Transport und die Plasma-Wand-Wechselwirkung.

Wie leistungsfähig die neuen Modellierungswerkzeuge sind, will man dann durch Vergleich mit Experimenten prüfen, die im Rahmen eines Unterauftrags bei Thales in Ulm ausgeführt werden. Ziel ist es, die Simulationssoftware so allgemein anzulegen, dass schließlich nicht nur die Physik des HEMP-Triebwerks beschrieben werden kann. Das Programmpaket soll sich in weiterführenden Vorhaben auch an andere Plasmatopologien anpassen lassen.

Isabella Milch | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ipp.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Astrophysik

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften