Revolutionärer Antrieb für schnelle Raumfahrtmanöver

Das Wichtigste in Kürze

Portal Space Systems hat erfolgreich ein solares thermisches Antriebssystem (STP) getestet.
Das als „Flare“ bezeichnete Triebwerk nutzt einen 3D-gedruckten Wärmetauscher als Kernkomponente.
Als Treibstoff dient Ammoniak, das ohne aufwendige Kühlung gelagert werden kann.
Der Antrieb ermöglicht Raumfahrzeugen schnelle Manöver zwischen verschiedenen Erdumlaufbahnen.
Diese Technologie zielt darauf ab, die Flexibilität und Lebensdauer von Satelliten zu erhöhen.

Portal Space Systems testet neuartigen 3D-gedruckten Raumfahrtantrieb

Dem US-Unternehmen Portal Space Systems ist ein wichtiger Schritt in der Entwicklung von Raumfahrtantrieben gelungen. In einer Vakuumkammer wurde erstmals ein kommerzielles solares thermisches Antriebssystem unter realitätsnahen Bedingungen erfolgreich erprobt. Diese Technologie ist das Herzstück des geplanten Raumfahrzeugs „Supernova“, das für schnelle Manöver und lang andauernde Missionen im All konzipiert ist.

Die Funktionsweise des „Flare“-Triebwerks

Das System mit dem Namen „Flare“ basiert auf dem Prinzip der solaren thermischen Propulsion (STP). Dabei wird Sonnenenergie genutzt, um einen flüssigen Treibstoff zu erhitzen. Das erhitzte Gas dehnt sich stark aus und wird durch eine Düse ausgestoßen, wodurch Schub erzeugt wird. Dieser Prozess kommt ohne eine chemische Verbrennung aus.

Eine zentrale Komponente ist der patentierte Wärmetauscher, im Englischen Heat Exchanger (HEX). Dieses Bauteil wird mittels additiver Fertigung, also im 3D-Druck-Verfahren, hergestellt. Der 3D-Druck ermöglicht die Fertigung von sehr komplexen und leichten Strukturen, die mit traditionellen Verfahren nur schwer realisierbar wären. Als Treibstoff kommt Ammoniak zum Einsatz, da es nicht kryogen ist. Das bedeutet, es muss nicht auf extrem tiefe Temperaturen gekühlt werden und kann daher einfacher und länger im All gelagert werden.

Neue Möglichkeiten für Missionen im All

Die von Portal Space Systems entwickelte Technologie soll die Einsatzmöglichkeiten von Raumfahrzeugen deutlich erweitern. Während traditionelle chemische oder elektrische Antriebe oft für spezifische Umlaufbahnen optimiert sind, ermöglicht der „Flare“-Antrieb schnelle Wechsel zwischen verschiedenen Orbits. Das Unternehmen gibt an, dass ein Manöver von einer niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) zu einer mittleren (MEO) in wenigen Stunden möglich sein soll. Der Wechsel von MEO zu einer geostationären Umlaufbahn (GEO) könnte weniger als einen Tag dauern.

Diese Fähigkeit zur schnellen Neupositionierung ist sowohl für kommerzielle als auch für sicherheitsrelevante Missionen von Bedeutung. Zudem ist das System auf eine Lebensdauer von über fünf Jahren ausgelegt und kann im Orbit nachgetankt werden, was die Flexibilität und Wirtschaftlichkeit von Missionen weiter erhöht.

Ergebnisse des Vakuumtests

Der Testlauf in der Anlage des Unternehmens in Bothell, Washington, bestätigte die erwartete Leistung des Triebwerks. Folgende Punkte wurden dabei erreicht:

Das Triebwerk wurde unter voller Leistung im Vakuum betrieben.
Der 3D-gedruckte Wärmetauscher hielt den hohen Betriebstemperaturen stand.
Die vorherberechneten Werte für Schub und spezifischen Impuls (Isp) wurden unter flugähnlichen Bedingungen bestätigt. Der spezifische Impuls ist eine Kennzahl für die Effizienz eines Raketentriebwerks.

Unsere Einschätzung

Der erfolgreiche Test von Portal Space Systems stellt einen bemerkenswerten Fortschritt dar, da er die kommerzielle Realisierbarkeit der solaren thermischen Propulsion aufzeigt. Diese Technologie wurde zwar seit den 1960er-Jahren erforscht, fand aber bisher kaum den Weg in die praktische Anwendung. Insbesondere der Einsatz von additiver Fertigung für die Herstellung des Wärmetauschers ist entscheidend. Er zeigt, wie moderne Fertigungsmethoden Innovationen in hochkomplexen Bereichen wie der Raumfahrt vorantreiben.

Die Fähigkeit, Raumfahrzeuge schnell zwischen verschiedenen Orbits zu bewegen, könnte die Dynamik im All verändern. Statt statischer Satelliten, die eine feste Position halten, wären flexibel einsetzbare Systeme möglich. Dies eröffnet neue Geschäftsmodelle für kommerzielle Anbieter und erweitert die strategischen Optionen für staatliche Akteure. Die Verwendung von lagerfähigem Ammoniak und die Möglichkeit zur Betankung im All sind weitere Faktoren, die die Technologie für Langzeitmissionen attraktiv machen.