Jumbo
Großvakuumkammer mit 30 m³ Volumen für Triebwerke bis zur Leistungsklasse 5 kW
Von Gießen ins All: Teststand JUMBO für elektrische Triebwerke
Die größte Testanlage für Ionentriebwerke an der Justus-Liebig-Universität Gießen ist die Vakuumkammer JUMBO. Sie wurde im Juli 1970 in Betrieb genommen – damals unter dem Namen „Prüfstand P100000“ – und war zu dieser Zeit eine der größten ihrer Art in Europa. Die Kammer hat eine Länge von 6 m, einen Durchmesser von 2,5 m und ein Volumen von etwa 30 m³.
Skizze aus der Planungsphase (vermutlich Ende der 1960er Jahre, ©IPI/JLU).
Im Laufe der Jahre wurde die Anlage kontinuierlich modernisiert. Ursprünglich kamen Diffusionspumpen zum Einsatz, die zwar eine hohe Förderleistung boten, jedoch eine beständige Kontamination des Vakuums mit Nebel – teils mit Quecksilber oder Öldämpfen – verursachten. Heute basiert das System auf kryogenen Pumpen, bei denen die Gase an kalten Oberflächen eingefroren und dadurch ein weltraumähnlicher Druck erzeugt wird.
Schematischer Aufbau eines Testsetup zur Charakterisierung eines Ionentriebwerks (©IPI/JLU)
Die Anlage ist für Tests von Triebwerken bis zur Leistungsklasse von 5 kW ausgelegt. Bei höherer Leistung ist mit häufigerer Regeneration der Kryopumpen zu rechnen, was Langzeitversuche erschwert. Zur Verfügung stehen umfangreiche Diagnostiksysteme zur Ionentriebwerksvermessung sowie ein Schubmessplatz. Um Wechselwirkungen des Ionenstrahls mit den Kammerwänden zu minimieren, wird der Strahl auf einem wassergekühlten Graphittarget aufgefangen.
Langmuir-Sonde auf Nahfeld-Verfahrsystem (©IPI/JLU)
Der typische Basisdruck liegt nach 24 Stunden Evakuierung unter 5,0 · 10−5 Pa. Längere Evakuierungszeiten ermöglichen Drücke im Bereich von 10−6 Pa. Die tatsächlichen Werte hängen stark vom Ausgasverhalten des Prüflings ab. Die maximale Saugkapazität beträgt etwa 150 000 l/s – gemessen unter Kaltgasbedingungen. Bei realem Triebwerksbetrieb führen zusätzliche Wärmequellen zu reduzierten effektiven Saugleistungen.
Die Zusammensetzung des Restgases kann mithilfe eines Massenspektrometers analysiert werden. Zudem stehen mehrere Thermoelemente zur Temperaturüberwachung innerhalb der Vakuumkammer zur Verfügung. Über diverse Flansche lassen sich weitere Diagnosesysteme flexibel integrieren. Der Druck im System wird an drei verschiedenen Positionen gemessen – mittels zweier Full-Rankge-Kaltkathoden sowie eines Full-Range-Bayard-Alpert-Manometers. Alle Sensoren werden regelmäßig nach ISO 17025 kalibriert.
Programmheft zur Einweihung der Testanlage Jumbo (damals noch als Prüfstand P100000 bezeichnet, ©IPI/JLU).