Jodantrieb für Satelliten

Jan Oliver Löfken

Hell leuchtender Schweif aus der Seite eines fliegenden Objekts vor dunklem Hintergrund

ThrustMe

Bereits heute umkreisen mehr als 4000 Satelliten die Erde – Tendenz steigend. So will allein das Unternehmen SpaceX in einigen Jahren mit dem Starlinknetzwerk etwa 42 000 Satelliten betreiben. Um die kleinen Erdtrabanten zu steuern, benötigen sie kleine und effiziente Antriebe. Hierfür haben Physiker und Ingenieure nun einen neuen, günstigen Antrieb auf Jodbasis entwickelt und erfolgreich im Orbit getestet, wie sie in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten.

Zwar umkreisen Satelliten weitgehend eigenständig die Erde, doch um sie auf ihren zugewiesenen Bahnen zu halten, sind gelegentliche kleine Manöver zur Kurskorrektur notwendig. Bisher kommen hierfür oft Antriebe mit Xenon zum Einsatz . Doch dieses Edelgas ist selten und teuer. Deshalb suchten die Forscher nach einer Alternative – und fanden sie in Jod. „Es gibt deutlich mehr Jod als Xenon und Jod ist günstiger“, sagt Dmytro Rafalskyi, technischer Direktor des Unternehmens ThrustMe in Verrières-le-Buisson nahe Paris.

Für den neuen Antrieb konstruierte er mit seinen Kollegen ein rund ein Kilogramm schweres und würfelförmiges Ionentriebwerk mit etwa zehn Zentimetern Kantenlänge. Es trägt den Namen NPT30-I2 und enthält festes Jod, eingebettet in einen porösen Keramikblock. Wird der Antrieb gezündet, heizt sich zunächst das Jod auf, sodass es gasförmig wird. Anschließend wird es mit Elektronen beschossen, die wiederum Elektronen aus der Hülle der Jodatome herauslösen. So entsteht ein Plasma aus nun frei beweglichen Elektronen und positiv geladenen Jodionen. Mit elektrischen Feldern lassen sich die Ionen dann auf Geschwindigkeiten von bis zu 40 Kilometern pro Sekunde beschleunigen und werden ausgestoßen. Dies verleiht dem Satelliten den entsprechenden Schub.

Vor einem Jahr schickten Rafalskyi und seine Kollegen einen Testsatelliten mit dem neuen Jodantrieb an Bord einer Rakete – „Langer Marsch 6“ – in eine Erdumlaufbahn. Dieser Satellit ließ sich zuverlässig über den Ausstoß der Jodionen manövrieren. Im Vergleich zu den bisher in Ionentriebwerken favorisierten Edelgasen Xenon oder Krypton erwies sich Jod als Treibstoff sogar als knapp 50 Prozent effizienter.

So haben Ionentriebwerke auf der Basis von Jod das Potenzial, die Betriebskosten kleiner Satelliten drastisch zu senken. Allerdings gibt es noch einige Herausforderungen zu meistern: So dauert es etwa zehn Minuten, bis festes Jod so weit aufgeheizt ist, dass es direkt in die Gasphase übergeht. Allzu schnelle Steuermanöver der Satelliten könnten damit schwieriger werden. Zudem muss vor einer Serienfertigung die Langlebigkeit dieser Triebwerke noch optimiert werden. Denn Jod wirkt hoch korrosiv und könnte die Metallteile von Satelliten angreifen. Doch hier könnte ein Schutzmantel, etwa aus Keramik oder speziellen Kunststoffen, helfen.

Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/universum/news/2021/jodantrieb-fuer-satelliten/