Luft- und Raumfahrt: Plasmaantriebe neu gedacht

Mikrowellen-Plasmaantrieb für Flugzeuge und ein Patent für einen Plasmaantrieb für die Raumfahrt: Forscher in China und Spanien kümmern sich um neue Schubkraft.

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(Bild: Ethan McArthur / Unsplash)

Von
  • Matthias Mett

Chinesische Forscher aus Wuhan haben einen Jetantrieb für Flugzeuge entwickelt, der ohne fossilen Brennstoff auskommt. Bei ihrem Versuchsaufbau drückt ein Kompressor die Umgebungsluft in eine Glasröhre. Eine Mikrowellenstrahlung mit 2,45 Gigahertz zerlegt die Luftmoleküle in Ionen und Elektronen und erzeugt daraus einen über 1.000 Grad heißen Plasmastrahl. Pro Kilowatt Mikrowellenleistung erreichte er eine Schubkraft von 28 Newton. Das entspricht in etwa der Effizienz eines herkömmlichen Jettriebwerks. Mit dem Batteriepack eines Tesla Model S ließen sich auf diese Weise etwa 8.500 Newton erzeugen. Zum Vergleich: Moderne Gasturbinen für Verkehrsflugzeuge bringen es auf mehrere hunderttausend Newton.

In der Raumfahrt sind Plasmaantriebe bereits weit verbreitet. Allerdings arbeiten sie nicht mit Luft, sondern mit Edelgasen wie Argon oder Xenon. Das hat den Nachteil, dass diese Gase mitgeführt werden müssen. Außerdem sind diese Antriebe für einen Betrieb innerhalb der Atmosphäre zu schwach. Der Mikrowellen-Plasmaantrieb hingegen holt seinen Nachschub aus der Luft und erreicht auch unter atmosphärischen Bedingungen eine hohe Schubkraft. Bisher funktioniert er allerdings nur im Labor. Wie genau sich daraus ein funktionierendes Triebwerk bauen lässt, haben die Forscher noch nicht untersucht.

(Quelle: Jau Tang and Jun Li/AIP)

Auch bei Plasmaantrieben für die Raumfahrt gibt es neue Forschungsergebnisse. Spanische Forscher der Universität Carlos III zu Madrid haben einen Plasmaantrieb patentieren lassen, der effizienter als herkömmliche sein soll. Das Besondere an dem Antrieb ist eine hufeisenförmige Kammer, in der die Ionen erzeugt werden.

Bei herkömmlichen Plasmaantrieben fließen bis zu 50 Prozent des ionisierten Gases in Richtung des geschlossenen Endes der Reaktionskammer. Das senkt die Effizienz, und die Rückwand erodiert an dieser Stelle. Dank der U-Form des neuen Antriebes strömt das Plasma aus beiden Enden aus. Dadurch, wie stark das Plasma durch welche Öffnung gelenkt wird, lässt sich ein Raumfahrzeug steuern.

Ein Magnetfeld hält das Plasma von den Seitenwänden ab und schützt diese vor Erosion. Beim Austritt erzeugt ein weiteres Magnetfeld so etwas wie eine Düse. Bei bisher verwendeten Plasmaantrieben tritt das Plasmagas beim Austritt auf eine Elektrode, die mit der Zeit erodiert. Beide Maßnahmen erhöhen die Haltbarkeit des Plasmaantriebes. Die Effizienz erhöht sich durch den Wegfall des Rückstoßes auf die Rückwand bei herkömmlichen Ionisierungskammern, wobei dann auch der Verschleiß keine Rolle mehr spielt. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer und damit die Reichweite des neu patentierten Antriebes.

(jle)