Workshop "Air-Breathing Electric Propulsion"

Am 01.10.2024 und 02.10.2024 veranstaltete die Arbeitsgruppe „Ionentriebwerke“ von Prof. Klar einen Workshop zum Thema „Air-Breathing Electric Propulsion“ (ABEP) an der JLU, welcher vom GGN unterstützt wurde.

	Das Thema der Luftatmenden elektrischen Antriebe ist in den letzten Jahren immer präsenter in der Raumfahrt geworden. Dieses neuartige Antriebssystem soll die Restatmosphäre in einem sehr niedrigen Erdorbit mit einem Kollektor einsammeln, anschließend komprimieren und schlussendlich als Treibstoff für ein elektrisches Triebwerk nutzen. Trifft die Restatmosphäre auf den Satelliten, entsteht Reibung, welche ihn mit der Zeit immer weiter abbremsen und schließlich abstürzen würde. Somit ist es wichtig, dass das Triebwerk diese auf den Satellit ausgeübte Reibungskraft ausgleicht.

Zu den Herausforderungen beim Entwurf eines solchen Systems gehören die sich ständig ändernden atmosphärischen Bedingungen und die gegenseitige Abhängigkeit aller Komponenten. Die Orbit-Höhe gibt die Dichte der Atmosphäre vor, welche wiederum aufgrund der begrenzten Effizienz des Kollektors die Treibstoffmenge für das Triebwerk festlegt. Die begrenzte Treibstoffmenge zusammen mit der begrenzten elektrischen Leistung auf Satelliten legt den maximalen Schub des Triebwerks fest. Ist dieser bei den vorgegebenen Bedingungen niedriger als die auf den Satelliten ausgebübte Reibungskraft verliert der Satellit an Höhe. Für die neue Höhe beginnt der Kreislauf von vorne. Zusätzlich kommt hinzu, dass die Dichte und die Komposition der Atmosphäre nicht nur Abhängig von der Höhe, sondern auch von der Zeit, der Sonnenaktivität, dem Breiten- und Längengrad ist. Aus diesem Grund ist eine Auslegung des Systems für alle möglichen Szenarien erforderlich.
In diesem Workshop wurde mit Teilnehmern der ESA (Niederlande), ArianeGroup (Deutschland), DLR (Deutschland), Von Karman Institut (Belgien), Technische Universität Dresden (Deutschland), Universität Stuttgart (Deutschland), Universtiy of Surrey (Großbritannien), Oregon State University (USA), Charles III University of Madrid (Spanien) und Sant’Anna School (Italien) unter anderem über die oben genannten Herausforderungen und weitere Ideen diskutiert. Verschiedene Triebwerks- und Kollektorkonzepte wurden besprochen und einige Wissenslücken konnten gefüllt werden. Jeder Teilnehmer konnte das eigene Konzept in einer Präsentation vorstellen. In den Kaffeepausen konnte dann über die verschiedenen Herausforderungen und Herangehensweisen der einzelnen Gruppen diskutiert und Wissen ausgetauscht werden. Bei einem netten Dinner, welches von ArianeGroup gesponsort wurde, konnten die einzelnen Kontakte vertieft werden.
(Text, Fotos: Jana Zorn)