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Autor: Thomas Weyrauch / 22. November 2008, 14:28 Uhr

DAWNs Ionenantrieb macht Pause

Am 20. November 2008 berichtete das Jet Propulsion Laboratory (JPL) aus Pasadena in Kalifornien, dass der Ionenantrieb der NASA-Sonde DAWN nun abgeschaltet ist und die Sonde auf ihrem Weg zum Asteroiden Vesta und dem Zwergplaneten Ceres Richtung Mars durchs All treibt. Bei einem Vorbeiflug am Mars im Februar 2009 soll die Sonde Schwung holen.

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Bild vergrößernDAWN auf dem Spintisch, unten links an der Sonde ein NSTAR-Triebwerk
(Bild: NASA)
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Bild vergrößernDAWN wird auf die Raketenoberstufe abgesenkt, unten an der Sonde die drei Ionentriebwerke
(Bild: NASA)
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Bild vergrößernNSTAR-Motor, wie in Deep Space 1 verwendet
(Bild: NASA)
Gegebenenfalls werden DAWNs NSTAR-Ionentriebwerke bei der Annäherung an den Mars kurz benutzt, um die Trajektorie genau zu justieren. Später im Frühjahr werden Systemtests folgen, bevor die Ionentriebwerke im Juni 2009 wieder ausgiebig eingesetzt werden, um DAWN Richtung Vesta, dem ersten Hauptmissionsziel, zu beschleunigen. Die von der Orbital Sciences Corporation (OSC) gebaute Sonde war am 27. September 2007 auf einer Delta II 7925-H Rakete vom Kennedy Space Center in Florida aus gestartet worden und wird das erste Raumfahrzeug sein, das sich nach Verlassen des Schwerefeldes der Erde während seiner Mission in nahen Orbits um zwei verschiedene Himmelsköprer aufhalten wird.

Über die Gesamtmission verteilt werden DAWNs drei Ionentriebwerke nach derzeitigen Planungen zusammen etwa 50.000 Betriebsstunden, verteilt auf acht Jahre erreichen, was ein neuer Rekord für Raumfahrzeuge sein wird. Pro Triebwerk waren zuächst 19.000 Betriebsstunden und 150 Kilogramm Treibstoffdurchsatz geplant, jedoch wurde die Gesamtmenge an durch die Sonde mitgeführtem Xenon später auf 425 Kilogramm reduziert, um die Xenon-Tankanlage einem geringeren Innendruck aussetzen zu können.

Die drei Triebwerke sind jeweils so an der Sonde angebracht, dass sie um zwei Achsen geschwenkt werden können, um z. B. Schwerpunktänderungen der Sonde durch allmählichen Treibstoffverbrauch im Missionsverlauf ausgleichen zu können. Ein einzelnes der bei DAWN verwendeten Triebwerke benötigt für 24 Stunden Dauerbetrieb nur 260 Gramm Xenon-Gas. Zum Betrieb brauchen die Ionentriebwerke außerdem ausreichend Strom, der von zwei großen Solarpaneelen der Sonde bereitgestellt wird. Die je zehn Meter langen Paneele sollen direkt nach dem Start der Sonde zehn Kilowatt elektrische Leistung haben liefern können, im Weltraum bei Ceres sollen sie noch 1.000 bis 1.400 Watt abgegeben können.

DAWN hat außerdem noch zwölf klassische chemische Triebwerke an Bord, welche Hydrazin katalytisch zersetzen und insbesondere bei den Manövern zum Einschwenken in Orbits um Vesta (geplant für 2011) und Ceres (geplant für 2015) einsetzt werden sollen.

Die NSTAR-Ionentriebwerke entstanden im Rahmen des "NASA Solar Electric Power Technology Applications Readiness"-Programms, dessen Ziel es war, Xenon-Ionen-Triebwerke für den Antrieb von Raumschiffen, die tief in den Weltraum gesendet werden sollen, zu entwickeln. Der Vorteil solcher Triebwerke liegt insbesondere darin, dass sie im Vergleich zu chemischen Raketentriebwerken für die gleiche Geschwindigkeitsänderung erheblich weniger Treibstoffmasse benötigen, da der Masseaustoß mit erheblich höherer Geschwindigkeit erfolgt.

Xenon wird verwendet, weil es chemisch extrem reaktionsträge ist, also beispielsweise Tank- und Leitungswandungen nicht angreift, und ein hohes Atomgewicht aufweist, welches dazu beiträgt, einen erklecklichen Schub zu erzielen, im Falle von DAWN maximal 92 Millinewton pro Motor, vergleichbar in etwa mit der Kraft, die eine auf der Handfläche liegende Büroklammer auf die Haut ausübt.

Die erste intensive, erfolgreiche Nutzung eines solchen Antriebs bei einer entsprechenden Mission erfolgte durch die Sonde Deep Space 1. Das Ionentriebwerk von Deep Space 1, das Schübe zwischen 20 und 92 Millinewton erzeugen konnte, war insgesamt über 16.265 Stunden eingeschaltet, und erlebte über 200 Startvorgänge. Ein Reservemotor für Deep Space 1, der beim JPL am Boden getestet wurde, lief insgesamt über 30.000 Stunden, dabei wurden mehr als 235 Kilogramm Xenon durchgesetzt.

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