Französische Forschende haben einen neuartigen elektrischen Antrieb zur Steuerung von Satelliten und Raumsonden erfolgreich im Weltall getestet. Die Technik steckt in einem Satelliten, der vor einem Jahr mit einer chinesischen Rakete in die Erdumlaufbahn gebracht wurde. Das Triebwerk sei nicht nur leistungsstärker, sondern benötige auch erheblich weniger Platz, was den Bau kleinerer Satelliten erleichtere, berichtet das Team um Dmytro Rafalskyi vom Raumfahrtunternehmen ThrustMe in Verrières-le-Buisson bei Paris im Fachjournal «Nature».

Beim Raketenstart ist die Verbrennung von Treibstoffen noch immer Stand der Technik. Doch für Satelliten und Raumsonden werden schon seit Jahren elektrische Ionenantriebe verwendet. Der Nachteil der bisher genutzten Triebwerke ist, dass das seltene Edelgas Xenon als Masse für den Ausstoss verwendet wurde. Der neue Antrieb hingegen funktioniert mit Jod. «Jod ist deutlich häufiger und billiger als Xenon und hat den zusätzlichen Vorteil, dass es unkomprimiert als Feststoff gelagert werden kann», erklärt Rafalskyi. Für Xenon werden hingegen massive Druckbehälter benötigt – und trotz des hohen Drucks benötigt Xenon dreimal so viel Platz wie Jod.

Jod um 50 Prozent leistungsstärker als Xenon

Die Ingenieurinnen und Ingenieure von ThrustMe haben es geschafft, den Antrieb einschliesslich Jodvorrat in einer Box unterzubringen, die in etwa einem Würfel mit einer Kantenlänge von zehn Zentimetern entspricht. Wenn das Jod auf eine bestimmte Weise erhitzt wird, geht es direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. In der Reaktionskammer wird das Jodgas mit schnellen Elektronen beschossen, sodass sich einzelne Elektronen aus den Atomen lösen – somit werden aus den Atomen elektrisch geladene Ionen. Diese werden durch zwei Hochspannungsgitter auf 40 Kilometer pro Sekunde beschleunigt und ausgestossen. Der Rückstoss verändert die Position des Satelliten.

Zunächst testeten die Forschenden die Technik im Labor. Im Vergleich zu Xenon zeigte sich Jod um fast 50 Prozent leistungsstärker – bei gleichem Mengendurchfluss und derselben eingesetzten Energiemenge. Im Weltall führten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dann verschiedene Flugmanöver durch, die sie mittels GPS und dem US-amerikanischen Weltraumüberwachungssystem überprüften. Der Antrieb funktionierte problemlos unter Weltraumbedingungen.

Erst nach zehn Minuten auf Betriebstemperatur

In einem Kommentar, ebenfalls in «Nature», erläutern Expertinnen und Experten, was die Ergebnisse bedeuten. Sie nehmen Bezug auf das Satellitennetzwerk Starlink, das vom US-Raumfahrtunternehmen Spacex eingerichtet und betrieben wird. Um weltweiten Internetzugang zu bieten, will Spacex insgesamt 42’000 kleine Satelliten in die Erdumlaufbahn bringen. Die Umstellung des Treibmittels von Xenon oder Krypton auf Jod würde somit zu Einsparungen in Höhe von mehreren Millionen Dollar führen.

Allerdings gibt es auch ein paar Nachteile der neuen Antriebstechnik: So verursacht Jod schnell Korrosion, sodass Spezialkeramiken und -polymere zum Schutz der Metalle eingesetzt werden müssen. Damit der Jodfeststoff nicht zerbricht, wird er in hochporöses Aluminiumoxid eingebettet, was das Gewicht erhöht. Zudem dauert es etwa zehn Minuten, bis das Triebwerk auf Betriebstemperatur ist, was für Ausweichmanöver wegen Weltraumschrotts zu viel sein könnte.

Dennoch sei das von Rafalskyi und Kollegen entwickelte System nach seiner Validierung im Weltraum ein beeindruckender Beitrag zu der sich schnell verändernden Landschaft der elektrischen Antriebstechnologien, betonen die Kommentierenden.

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