Bildnachweis: NASA / JPL
Ein neues Design eines Ionenmotors, das für die Jupiter Icy Moons Orbiter-Mission der NASA in Betracht gezogen wird, wurde erfolgreich getestet. Dies war der erste Leistungstest des nuklearen elektrischen Xenon-Ionensystems, bei dem mithilfe eines Kernreaktors Strom für den Ionenmotor des Raumfahrzeugs erzeugt wird - frühere Ionenmotoren wie Deep Space 1 und SMART-1 sind solarbetrieben. Der neue Motor arbeitete mit dem 10-fachen Schub von Deep Space 1 und sollte 10 Jahre lang laufen können. genug Zeit, um jeden der eisigen Monde des Jupiter zu besuchen, die potenzielle Kandidaten für das Leben sind.
Ein neues Ingenieurdesign, eine von mehreren möglichen Antriebstechnologien, die vom NASA-Projekt Prometheus für den möglichen Einsatz auf der geplanten Jupiter Icy Moons Orbiter-Mission untersucht wurden, wurde von einem Team von Ingenieuren im Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, erfolgreich getestet.
Die Veranstaltung war der erste Leistungstest des Nexis-Ionenmotors (Nuclear Electric Xenon Ion System) unter den Betriebsbedingungen mit hohem Wirkungsgrad, hoher Leistung und hohem Schub, die für den Einsatz in Anwendungen mit nuklearen elektrischen Antrieben erforderlich sind. Für diesen Test wurde der Nexis-Motor mit kommerziellem Strom betrieben. Ionentriebwerke, die für das vorgeschlagene Raumschiff Jupiter Icy Moons Orbiter verwendet werden, würden ihre Energie aus einem Bordkernreaktor beziehen. Die Ionenmotoren oder elektrischen Triebwerke würden den Orbiter um jede der eisigen Welten treiben, die den Jupiter umkreisen - Ganymed, Callisto und Europa -, um ihre Zusammensetzung, Geschichte und ihr Potenzial zur Erhaltung des Lebens aus nächster Nähe zu untersuchen.
"Am ersten Tag der Leistungstests zeigte das Nexis-Triebwerk eine der höchsten Wirkungsgrade aller jemals getesteten Xenon-Ionen-Triebwerke", sagte Dr. James Polk, der Hauptforscher des bei JPL entwickelten Ionenmotors.
Der Test wurde am 12. Dezember in derselben Vakuumkammer bei JPL durchgeführt, in der das Deep Space 1-Flug-Ersatzionenstrahlruder Anfang dieses Jahres den Rekord für die Dauerleistung von 30.352 Stunden (fast 3,5 Jahre) Dauerbetrieb aufstellte. Das Nexis-Triebwerk arbeitete mit einer Leistung von über 20 Kilowatt, fast dem Zehnfachen des Deep Space 1-Triebwerks, was einen höheren Schub und letztendlich höhere Geschwindigkeiten des Raumfahrzeugs für eine bestimmte Raumfahrzeugmasse ermöglicht. Es ist für die Verarbeitung von zwei Tonnen Treibmittel ausgelegt, die zehnmal so leistungsfähig sind wie der Deep Space 1-Motor, und 10 Jahre lang, zwei- bis dreimal so lang wie die Lebensdauer des Deep Space 1-Triebwerks.
Teammitglieder, die an der Nexis-Engine arbeiteten, halfen auch bei der Entwicklung der ersten Ionen-Engine, die jemals auf der äußerst erfolgreichen Deep Space 1-Mission der NASA geflogen wurde. Dabei wurden 12 fortschrittliche Hochrisikotechnologien validiert, darunter die Verwendung der ersten Ionen-Engine im Weltraum.
"Das Nexis-Triebwerk ist ein größerer, leistungsstarker Nachkomme des Deep Space 1-Triebwerks, das seine außergewöhnliche Lebensdauer erreicht, indem es das zuvor in Schlüsselkomponenten verwendete Metall durch fortschrittliche Materialien auf Kohlenstoffbasis ersetzt", sagte Tom Randolph, Nexis-Programmmanager bei JPL . "Die revolutionäre Leistung des Triebwerks resultiert aus einem umfangreichen Entwurfsprozess, der Simulationen mit detaillierten Computermodellen umfasst, die mit dem Deep Space 1-Lebensdauertest entwickelt und validiert wurden, sowie anderen Komponententestdaten."
Im Gegensatz zu den kurzen Verbrennungen mit hohem Schub bei den meisten chemischen Raketentriebwerken, die feste oder flüssige Brennstoffe verwenden, strahlt das Ionentriebwerk nur ein schwaches blaues Leuchten elektrisch geladener Xenonatome aus - das gleiche Gas, das in Fotoblitzröhren und in vielen Leuchtturmbirnen zu finden ist. Der Schub des Motors ist so sanft wie die Kraft, die ein Blatt Papier in Ihrer Handfläche ausübt. Auf lange Sicht kann der Motor jedoch 20-mal so viel Schub pro Kilogramm Kraftstoff liefern wie herkömmliche Raketen.
Der Schlüssel zur Ionentechnologie ist die hohe Abgasgeschwindigkeit. Der Ionenmotor kann mit einigen hundert Gramm Treibmittel pro Tag betrieben werden, was ihn leicht macht. Weniger Gewicht bedeutet weniger Startkosten, dennoch kann ein ionengetriebenes Raumschiff viel schneller und weiter fliegen als jedes andere Raumschiff.
„Dieser Test ist in Kombination mit dem kürzlich durchgeführten Test des Hochleistungs-Ionenantriebs mit elektrischem Antrieb im Glenn Research Center der NASA ein weiteres Beispiel für die Fortschritte, die wir bei der Entwicklung der Technologien erzielen, die zur Unterstützung von Flaggschiff-Weltraumerkundungsmissionen im gesamten Sonnensystem und darüber hinaus erforderlich sind ", Sagte Alan Newhouse, Direktor von Project Prometheus. "Wir haben unser Team mit schwierigen Leistungszielen herausgefordert und sie zeigen ihre Fähigkeit, kreativ bei der Bewältigung technischer Herausforderungen zu sein."
Das NASA-Projekt Prometheus tätigt strategische Investitionen in Kernspaltungskraftwerke im Weltraum und elektrische Antriebstechnologien, die eine neue Klasse von Missionen zum äußeren Sonnensystem ermöglichen würden, deren Fähigkeiten weit über die mit aktuellen Energie- und Antriebssystemen möglichen Fähigkeiten hinausgehen. Die erste solche Mission, die derzeit untersucht wird, der Jupiter Icy Moon Orbiter, wird im nächsten Jahrzehnt starten und der NASA erheblich verbesserte wissenschaftliche und Telekommunikationsfähigkeiten sowie Optionen für das Missionsdesign bieten. Anstatt nur Hunderte von Watt Strom zu erzeugen, wie bei den Cassini- oder Galileo-Missionen, bei denen thermoelektrische Radioisotopgeneratoren verwendet wurden, könnte der Jupiter Icy Moons Orbiter bis zu Zehntausende Watt Leistung haben, was die potenzielle wissenschaftliche Rendite um ein Vielfaches erhöht.
Die Entwicklung des Nexis-Ionenmotors wird von einem Team von Ingenieuren von JPL durchgeführt. Aerojet, Redmond, Wash.; Boeing Electron Dynamic Devices, Torrance, CA; Marshall Space Flight Center der NASA, Huntsville, Ala.; Colorado State University, Fort Collins, Colorado; Georgia Institute of Technology, Atlanta, Ga.; und der Aerospace Corporation, Los Angeles, Kalifornien.
Weitere Informationen zu Project Prometheus im Internet finden Sie unter: http://spacescience.nasa.gov/missions/prometheus.htm.
Informationen zur geplanten Jupiter Icy Moons Orbiter-Mission finden Sie unter: NASA Jimo MIssion.
Originalquelle: NASA / JPL-Pressemitteilung
