Kooperationen & Projekte
Forschungsaktivitäten finden heutzutage oftmals im Verbund mit anderen Forschungseinrichtungen statt, was eine Folge des hohen Grades der Spezialisierung dieser Institutionen auf bestimmten Fachgebieten ist. Die folgende Auflistung gibt einen Überblick über laufende und vergangene Projekte unter Beteiligung der AG Ionentriebwerke:
ALBATOR – ecr-bAsed muLticharged ion Beam for Active debris removal and oTher remediatiOn stRategies
Förderung: EU (HORIZON-EIC Pathfinder Challenge)
Zeitraum: (in Vorbereitung)
Fkz: (in Vorbereitung)
Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines innovativen, kontaktlosen Verfahrens zur Entfernung von Weltraummüll auf Basis des Ion Beam Shepherd-Konzepts.
ALBATOR wird dazu ein Elektron-Zyklotron-Resonanz-basiertes Ionenstrahlsystem entwickeln sowie die erforderlichen Komponenten entwerfen und testen.
Der interdisziplinäre Ansatz verbindet Modellierung, Plasmadiagnostik und Materialanalytik. Beteiligte Partner sind JLU, CAU, UC3M, Osmos X und NorthStar Earth & Space.
Ref4EP – Referenzionentriebwerk und diagnostische Standards für elektrische Raumfahrtantriebe
Förderung: DLR (BMWK)
Förderkennzeichen: 50RU2301A
Laufzeit: 01.11.2023 – 30.04.2025 (18 Monate), Aufstockung: bis 31.12.2025
Ziel ist die Entwicklung eines öffentlich zugänglichen Referenzionentriebwerks sowie definierter Diagnostikstandards für elektrische Antriebe.
Teilprojekte: Ionenquellen (JLU, IOM), Messsystem-Validierung (CAU), HF-Generator (THM).
Highlights: Open-Source-Triebwerk, standardisierte Diagnostikgeräte, offene Kalibrierungsdaten.
Partner: JLU, IOM Leipzig, Universität Kiel, Technische Hochschule Mittelhessen
ATARI – Bau und Test von C12A7:2e⁻-Neutralisatoren in Planargeometrie
Förderung: DLR (BMWK)
Zeitraum: 08/2022 – 07/2025, Verlängerung: bis 31.01.2026
Förderkennzeichen: 50RS2202A
Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Erprobung planarer Neutralisatoren auf Basis des Elektridmaterials C12A7:2e⁻ für Ionentriebwerke.
Die JLU fokussiert sich dabei auf die Modellierung, das Design sowie den experimentellen Test der Neutralisatoren in eigenen Vakuumtestanlagen. Die MLU Halle-Wittenberg übernimmt die Synthese und Charakterisierung von Einkristallen mit optimierten Materialeigenschaften.
Elektridmaterialien sollen durch hohe Wärme- und elektrische Leitfähigkeit eine robuste, langlebige Elektronenerzeugung ermöglichen. Neben Plasmamodellierung erfolgt die thermische und strukturelle Auslegung, Fertigung und schrittweise Erprobung der Komponenten.
Die Ergebnisse sollen zum besseren Verständnis thermionischer Emission bei Elektriden beitragen und als Grundlage für zukünftige Entwicklungen miniaturisierter elektrischer Antriebskomponenten dienen.
ECOMODIS – Electron Cooling Model for Simulation of EP Induced Plasma Interaction with Satellites
Förderung: ESA
Contract No.: 4000137869/22/NL/RA
Ziel des ESA-Projekts ECOMODIS ist die Validierung eines kinetischen Modells zur Beschreibung der Plumausbreitung von elektrischen Antrieben im Weltraum.
Im Fokus steht dabei das sogenannte „electron cooling“, ein Effekt, der die Wechselwirkungen zwischen den ausströmenden Plasmen und Satellitenoberflächen entscheidend beeinflusst.
Zur Untersuchung wird ein RIT-10 EVO (ArianeGroup) in der Weltraumsimulationsanlage JUMBO betrieben. Die Plumecharakterisierung erfolgt unter variierenden Betriebsbedingungen mit Diagnostikmethoden wie Faraday-Cup-Scannern, Retarding Potential Analyzern und Langmuir-Sonden.
Projektpartner sind neben der JLU die ArianeGroup und die Universidad Carlos III de Madrid (UC3M). Die erhobenen Daten dienen zur Validierung des physikalischen Simulationsmodells von UC3M.
ECHION – Entwicklung und Optimierung eines Hochfrequenz-Neutralisators für Ionentriebwerke
Förderung: DLR (BMWK)
Zeitraum: 01/2024 – 04/2027
Förderkennzeichen: 50RS2401
Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines kompakten, robusten Hochfrequenz- Neutralisators für miniaturisierte elektrische Raumfahrtantriebe.
Im Fokus steht ein tieferes Verständnis der Plasmaerzeugung mittels HF-Entladung, um eine zuverlässige und effiziente Elektronenbereitstellung für Kleinsatelliten zu gewährleisten.
Das Design des Neutralisators basiert auf einer HF-getriebenen Plasmaquelle mit minimalen Komponenten, ist auf Dauerbetrieb im Orbit ausgelegt und eignet sich besonders für moderne Mikrosatellitenplattformen durch hohe Robustheit und einfache Handhabung.
MASELTOF-2 – Elektrosprayantriebe für Kleinsatelliten
Förderung: DLR (BMWK)
Zeitraum: 11/2022 – 10/2025
Förderkennzeichen: 50RS2203
Das Projekt fokussiert sich auf den Aufbau und die Weiterentwicklung von Elektrosprayantrieben mit 3D-gedruckten Mikroemitterarrays auf Basis der Zwei-Photonen-Lithografie.
Ein zentrales Ziel ist die Miniaturisierung des Antriebssystems bei gleichzeitiger Leistungssteigerung. Die Emitter sind intern benetzbar und erlauben einen ambipolaren Betrieb mit ionischen Flüssigkeiten wie EMIM-BF₄.
Zur Charakterisierung kommt ein Flugzeit-Massenspektrometer mit MCP-Detektoren zum Einsatz. Der modulare Aufbau ermöglicht eine skalierbare Leistungsanpassung durch scaling-up by numbering-up.
Durchgeführt wird das Projekt gemeinsam von der AG Mikro- und Nanostrukturphysik und der AG Ionentriebwerke der JLU – mit aktiver Beteiligung von Studierenden.
MASELTOF – Massenspektrometrie an Elektrospray-Emittern
Förderung: DLR (BMWi)
Zeitraum: 01.08.2021 – 31.07.2022
Förderkennzeichen: 50RS2101
Das Projekt zielte auf die Entwicklung hochpräziser Diagnostik zur Analyse von Elektrospray-Ionenquellen mittels Flugzeit-Massenspektrometrie (TOF-MS).
Zur Ermittlung des Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses der extrahierten Ionen und Tropfen wurde ein spezielles TOF-Spektrometer mit Mikrokanalplatten-Detektoren (MCP) entwickelt.
Die Emitterstrukturen wurden mithilfe der 3D-Zwei-Photonen-Lithografie direkt auf Siliziumsubstrate geschrieben und mit ionischen Flüssigkeiten wie EMIM-BF₄ betrieben.
Durch den modularen Aufbau sind skalierbare Emitterarrays möglich (scaling up by numbering up). Das Projekt bot engagierten Studierenden die Möglichkeit zur aktiven Mitarbeit in Diagnostik und Mikrostrukturierung.
Lifetime Evaluation of Low-Power Ion Thrusters
Förderung: ESA | Contract No.: 4000127019/19/NL/RA/va
Gitterionentriebwerke erzeugen Schub, indem sie geladene Ionen aus einem Plasma über ein Gittersystem mit elektrostatischen Feldern ausstoßen. Während des Betriebs kommt es jedoch zu Erosionsprozessen (Sputtering) an diesen Gittern, die ihre Funktionalität über die Zeit beeinträchtigen.
Obwohl die Lebensdauer moderner Gitter mehrere Tausend Betriebsstunden betragen kann, ist ein vollständiger Dauertest im Labor nicht praktikabel. Stattdessen werden Modelle zur Lebensdauervorhersage entwickelt, die durch verkürzte experimentelle Tests validiert werden.
In diesem ESA-Projekt wird ein 2.000-Stunden-Dauertest an zwei Ionentriebwerken des Typs RIT-µX (ArianeGroup) in der Weltraumsimulationsanlage JUMBO durchgeführt. Ziel ist es, experimentelle Daten zur Gittererosion zu erheben und mit Simulationsrechnungen des Leibniz-Instituts für Oberflächenmodifizierung (IOM) abzugleichen. Die Triebwerke werden bei unterschiedlichen Schubniveaus betrieben und alle 500 Stunden mit verschiedenen optischen Methoden auf Gitterveränderungen untersucht.
Projektpartner: ArianeGroup GmbH, IOM Leipzig, TransMIT GmbH (bis Ende 2020), JLU Gießen (Federführung)
GIESEPP-MP – Gridded Ion Engine Standardized Electric Propulsion Platform – Medium Power Solution
Förderung: EU Horizon 2020
Zeitraum: 01.01.2021 – 31.12.2023
Grant ID: 101004349
Ziel des Projekts ist die Weiterentwicklung der ersten europäischen Plug-and-Play-Plattform für standardisierte elektrische Raumfahrtantriebe mittlerer Leistung. Die Plattform basiert auf Gitter-Ionentriebwerken der ArianeGroup, ist jedoch offen für alternative Antriebstechnologien.
GIESEPP-MP fokussiert sich auf geostationäre (GEO) und mittlere (MEO) Umlaufbahnen und nutzt eine modulare, skalierbare Bauweise zur Reduktion von Gewicht und Volumen – ein Vorteil für Startkosten und Nutzlastkapazität.
Aufbauend auf dem Vorgängerprojekt GIESEPP (TRL-5-Prototyp), soll das System nun bis TRL 6/7 in einer weltraumähnlichen Umgebung demonstriert und vorqualifiziert werden.
Elektrische Antriebe bieten gegenüber chemischen Systemen Vorteile wie effizienteren Treibstoffverbrauch und geringere Masse – ein bedeutender Wettbewerbsvorteil für Europas Raumfahrtsektor.
„Der modulare Ansatz mit skalierbarer Leistung und austauschbaren Komponenten hat bereits weltweit Interesse geweckt.“ – Projektkoordinator Cyril Dietz (ArianeGroup GmbH)
Projektpartner: ArianeGroup GmbH, Airbus Defence and Space SAS, Aerospazio Tecnologie SRL, Justus-Liebig-Universität Gießen, Computadoras Redes E Ingenieria SA, WIT Berry
Weitere Informationen: cordis.europa.eu/project/id/101004349
NEMESIS – Novel Electride Material for Enhanced Electrical Propulsion Solutions
Förderung: EU Horizon 2020
Fördersumme: 970.446,25 €
Zeitraum: 01.10.2019 – 30.09.2022
Grant ID: 870506
Im Projekt NEMESIS werden neuartige Kathodensysteme auf Basis sogenannter Elektride entwickelt, bei denen Elektronen als negativ geladene Ionen (Anionen) wirken.
Das Material C12A7:e⁻ zeigt besonderes Potenzial durch seine niedrige Austrittsarbeit für Elektronen, was eine effiziente thermionische Emission bei moderaten Temperaturen ermöglicht – ideal für den Einsatz in Neutralisatoren von Ionentriebwerken.
Ziel des Projekts ist die Entwicklung langlebiger und leistungsfähiger Elektronenquellen für elektrische Raumfahrtantriebe.
Projektpartner: Advanced Thermal Devices S.L. (Koordination, Spanien), Universidad Politecnica de Madrid (Spanien), JLU Gießen, Exotrail (Frankreich), FOTEC (Österreich)
Weitere Informationen: cordis.europa.eu/project/id/870506 | www.nemesis-space.eu
iFACT – iodine-fed Advanced Cusp Field Thruster
Förderung: EU Horizon 2020
Zeitraum: 01.01.2020 – 31.12.2021
Grant ID: 870336
Das Projekt iFACT untersucht den Advanced Cusp Field Thruster (ACFT), einen von Airbus entwickelten elektrischen Antrieb, der durch einfachen Aufbau, hohe Effizienz und geringe Herstellungskosten überzeugt.
Eine Besonderheit ist der Einsatz von Jod als Treibmittel – ein günstig lagerbares, preiswertes und effektives Material, das herkömmliche Gase wie Xenon ersetzen könnte. Die Schubdüse wurde speziell für Jod optimiert.
Ziel ist die Validierung von Jod als Treibstoff und des ACFT als potenziellen Hauptantrieb für künftige Satellitenmissionen.
Projektpartner: Airbus Defence & Space GmbH (Koordination, Deutschland), Airbus Defence & Space SAS (Frankreich), EASN TIS (Belgien), University of Southampton (UK), Fraunhofer Gesellschaft (Deutschland), Aerospazio Tecnologie SRL (Italien), JLU Gießen, Endurosat AD (Bulgarien)
Weitere Informationen: cordis.europa.eu/project/id/870336 | www.epic-ifact.eu
Elektromagnetische Verträglichkeit von elektrischen Raumfahrtantrieben (EMV-Testanlage)
Förderung: DLR
Zeitraum: 07/2019 – 06/2022
Elektrische Raumfahrtantriebe erzeugen elektromagnetische Felder, die andere Satellitenkomponenten stören können – mit potenziell gravierenden Folgen wie Fehlfunktionen oder Rückwirkungen auf den Antrieb selbst.
Für eine realistische Bewertung dieser Risiken sind umfassende EMV-Tests notwendig. Solche Testanlagen sind jedoch weltweit selten verfügbar.
Das DLR unterstützt daher den Aufbau einer entsprechenden Testumgebung durch die AG Ionentriebwerke. Zentrale Komponente ist eine Modenverwirbelungskammer – eine spezialisierte Kammer, in der elektromagnetische Felder kontrolliert erzeugt und analysiert werden können.
DAAD-Austauschprojekt mit GeorgiaTech
Förderung: DAAD
Zeitraum: 2018 – 2020
Der Deutsche Akademische Austauschdienst (DAAD) förderte über drei Jahre einen gezielten Doktorandenaustausch zwischen der AG Ionentriebwerke (JLU) und dem High-Power Electric Propulsion Lab an der Daniel Guggenheim School of Aerospace Engineering (Prof. Mitchell Walker, GeorgiaTech, Atlanta, USA).
Im Rahmen des Projekts besuchte 2018 eine Delegation der JLU das Labor in Atlanta (hpepl.ae.gatech.edu), im Gegenzug kam ein Doktorand von GeorgiaTech im Juni 2019 nach Gießen.
Ziel des Projekts war die Untersuchung sogenannter „Facility-Effekte“ – also der Einflüsse von Weltraumsimulationsanlagen auf Ionentriebwerke. Solche Analysen sind entscheidend, um die Vergleichbarkeit internationaler Testdaten zu gewährleisten und langfristig standardisierte Testbedingungen zu etablieren.
MINOTOR – Magnetic Nozzle Thruster with Electron Cyclotron Resonance
Förderung: EU H2020
Zeitraum: 2017 – 2019
Das Projekt MINOTOR zielte darauf ab, ein neuartiges elektrisches Antriebssystem basierend auf Elektron-Zyklotron-Resonanz auf ein TRL von 4–5 zu bringen.
Ein Xenon-Plasma wird mittels Mikrowellenanregung erzeugt, wobei die Elektronen in Resonanz mit einem Magnetfeld gebracht werden. Der entstehende Plasmastrahl wird durch eine magnetische Düse ausgestoßen – vollständig elektrisch neutral, was den Einsatz eines Neutralisators überflüssig macht.
Der Verzicht auf einen Neutralisator ist besonders vorteilhaft, da dieser zu den thermisch am stärksten belasteten Komponenten zählt.
Projektpartner: ONERA (FR, Leitung), Universidad Carlos III Madrid (ES), Thales Group (FR), Thales Alenia Space Group (BE), Safran (FR), L_UP (FR), Justus-Liebig-Universität Gießen (DE)
Weitere Informationen: cordis.europa.eu/project/rcn/206071_en.html
Investigations of Plasma Generation and Acceleration Mechanisms in Miniature Capacitive Radio-Frequency Thrusters
Förderung: German-Israeli Foundation for Scientific Research and Development (GIF)
Zeitraum: 2017 – 2019
In diesem bilateralen Forschungsprojekt arbeiten die Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) und das Technion – Israel Institute of Technology (Haifa) zusammen. Im Fokus steht die Erforschung von Plasmaprozessen in miniaturisierten kapazitiven Hochfrequenztriebwerken.
Diese neuartigen Antriebe könnten künftig besonders für kleine Satelliten relevant werden, die nur über begrenzten Bauraum und Energie verfügen.
Suche nach alternativen Treibstoffen für Ionentriebwerke
Förderung: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Seit: 2015
In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Schreiner (Institut für Organische Chemie der JLU) erforscht die AG Ionentriebwerke neue Treibstoffe für Ionentriebwerke. Im Mittelpunkt stehen sogenannte Diamantoide – gesättigte Kohlenwasserstoff-Moleküle mit hoher chemischer Stabilität und guter Ionisierbarkeit.
Neben Adamantan werden auch strukturverwandte Verbindungen sowie weitere geeignete Stoffe wie molekulares Jod untersucht, das ähnliche physikalische Eigenschaften besitzt.
Qualification of the AEPD System as a Standard On-Ground Tool for Electric Propulsion Thrusters
Förderung: ESA
Die Standardisierung von Testanlagen und Diagnostiken ist entscheidend, um Messergebnisse elektrischer Raumfahrtantriebe zuverlässig vergleichen zu können. In diesem ESA-Projekt wurde das AEPD-System in mehreren Weltraum-Simulationsanlagen und mit unterschiedlichen Triebwerkstypen getestet.
Ziel war es, das AEPD-System als einheitliches und robustes Boden-Testsystem für elektrische Antriebe zu qualifizieren.
Beteiligte Institutionen: Aerospazio (Italien), IOM Leipzig, Universität Kiel, Airbus D&S (Deutschland), CNRS (Frankreich), Space Enterprise Partnership (UK), ESA/ESTEC (Niederlande)
LOEWE-Schwerpunkt: Raumfahrt-Ionenantriebe – Plasmaphysikalische Grundlagen und zukünftige Technologien (RITSAT)
Laufzeit: 2012 bis 2014
Im Rahmen des hessischen Forschungsförderprogramms LOEWE wurde mit RITSAT ein Schwerpunktprojekt zur Erforschung grundlegender plasmaphysikalischer Fragestellungen elektrischer Raumfahrtantriebe initiiert.
Weitere Informationen: www.proloewe.de/ritsat