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pte20210201003 Forschung/Entwicklung, Technologie/Digitalisierung

Raketenantrieb auf Basis der Sonneneruption

Innovatives Konzept könnte bemannte Raumfahrt zu äußeren Planeten doch ermöglichen


Rückstoß: Neuer Ansatz für mehr Schub (Foto: Elle Starkman, PPPL/ITER)
Rückstoß: Neuer Ansatz für mehr Schub (Foto: Elle Starkman, PPPL/ITER)

Princeton (pte003/01.02.2021/06:10) - Ein Raketenantrieb, dessen Funktionsprinzip dem einer Sonneneruption ähnelt: Dieses Konzept hat Fatima Ebrahimi, Physikerin des dem US-Energieministerium (DoE) unterstellten Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) http://www.pppl.gov , vorgestellt. Der neuartige Plasmaantrieb würde dank Magnetfeldern für Rückstoß sorgen statt wie aktuelle Versionen mithilfe von elektrischen Feldern. Das verspricht eine deutlich höhere Beschleunigung am Anfang der Reise, die dadurch wesentlich schneller würde - was die äußeren Planeten für die bemannte Raumfahrt erreichbar machen könnte.

Magnetische Beschleunigung

Wenn sich Magnetfeldlinien berühren, kommt es zu einer sogenannten Rekonnexion, die viel Energie freisetzt. Auf der Sonne führt das zu "Flares" genannten Eruptionen, die viele schnelle geladene Teilchen, ein Plasma, in den Weltraum schießen. Wie Ebrahimi nun im "Journal of Plasma Physics" beschreibt, könnte das gleiche Prinzip kontrolliert in kleinerem Maßstab einen leistungsfähigen Antrieb ermöglichen. In einer Rakete würden dabei durch magnetische Rekonnexion ausgestoßenes Plasma für jenen Rückstoß sorgen, der die Bewegung des Raumfahrzeugs ermöglicht.

In aktuellen Plasma-Antrieben sind es noch elektrische Felder, die auf ähnliche Art für Rückstoß sorgen. Am PPPL und anderen DoE-Laboren durchgeführten Computersimulationen zufolge könnte ein auf magnetischer Rekonnexion basierender Plasma-Antrieb Teilchen mit zehnmal höherer Geschwindigkeit mit hunderten Kilometern pro Sekunde, ausstoßen. Da die Geschwindigkeit dieser Abgas-Teilchen dafür wichtig ist, wie stark das Raumfahrzeug beschleunigt, würde dieses deutlich schneller höhere Geschwindigkeiten erreichen - und eben das könnte neue Möglichkeiten für die Raumfahrt eröffnen.

Zum Mars und noch viel weiter

"Langstreckenreisen dauern Monate oder Jahre, weil der spezifische Impuls chemischer Raketen sehr gering ist", erklärt Ebrahimi. Raumfahrzeuge brauchen dadurch eine ganze Weile, um richtig Fahrt aufzunehmen, weshalb selbst der Mars für die bemannte Raumfahrt bislang schwer erreichbar scheint. "Wenn wir Triebwerke auf Basis magnetischer Rekonnexion entwickeln, ist es vorstellbar, Langstreckenmissionen in kürzerer Zeit durchzuführen", sagt die Physikerin. Die Zeitersparnis wäre womöglich groß genug, um auch bemannte Missionen zu äußeren Planeten zu ermöglichen.

Das Konzept unterscheide sich in drei Punkten von anderen Plasma-Antrieben. Erstens ließe sich der Rückstoß durch Regelung der Magnetfeldstärke gut steuern, so Ebrahimi. Außerdem würde der Antrieb neben Teilchen auch magnetische Blasen, sogenannte Plasmoide, ausstoßen, was zusätzlichen Schub bedeutet. "Während andere Triebwerke schwere Gase, aus Atomen wie Xeon, erfordern, kann man bei diesem Konzept jedes beliebige Gas nutzen", erklärt die Physikerin. Da sich leichtere Atome auch leichter beschleunigen lassen, könnte das zumindest für manche Anwendungen ein großer Vorteil sein.

(Ende)
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