Keine Schwerkraft und jede Menge Sonnenenergie: Das sind ideale Voraussetzungen für Ionentriebwerke. Mit Solarstrom und Edelgas-Treibstoffen sorgen sie dafür, dass Satelliten auf Kurs bleiben. Messer bietet die Gase mit hohem Reinheitsgrad und maßgeschneiderter Spezifizierung für diesen Einsatz an.
Nord-Süd-Drift verändert Umlaufbahn
Um einen Satelliten ins Weltall zu befördern, benötigt man eine Rakete mit einem voluminösen „Verbrennungsmotor“ plus Treib- und Sauerstofftanks. Sobald der künstliche Trabant seinen Orbit erreicht, hat die massive Rakete aber schon ausgedient. Doch der Satellit unterliegt dort der Nord-Süd-Drift, verursacht von der Schwerkraft von Sonne und Mond. Sie verändert seine Umlaufbahn, und diese Abweichung muss regelmäßig ausgeglichen werden.
Leichter E-Motor für kurze Impulse
In der Schwerelosigkeit reicht dafür ein kleiner Impuls von einem geradezu filigranen Ionenantrieb. Dieser Minimotor wiegt exemplarisch bei einem Satelliten von einer Tonne Gewicht gerade mal 1,5 Kilogramm. Seine Energie bezieht er aus dem Solarkollektor, der die Raumsonde auch sonst mit Strom versorgt. Damit wird zunächst eine kleine Menge einer Stützmasse ionisiert.
Durch Anlegen eines elektrischen Feldes werden beispielsweise Xenon-Ionen auf eine Geschwindigkeit von bis zu 100.000 Stundenkilometer beschleunigt und durch einen Auslass ins All gelenkt. Der so generierte Rückstoß sorgt innerhalb weniger Minuten für die gewünschte Positionsänderung.
Edelgase sind ideale Stützmasse
Die gasförmige Stützmasse sollte ein möglichst hohes spezifisches Gewicht aufweisen. Das schwere Edelgas Xenon ist daher besonders gut geeignet und wird in den meisten Satelliten verwendet. Mit beachtlich hohem Wirkungsgrad: Der gewichtsspezifische Impuls ist im Vergleich zum thermischen Raketentriebwerk mehr als sechsmal größer.
Krypton bringt bei gleichem Tankvolumen zwar weniger Schub als Xenon, aber dieser Unterschied verliert mit zunehmender Effizienz der neusten Triebwerkstypen an Bedeutung. Krypton hat mit rund 1 ppm einen mehr als zehnmal höheren Anteil an der Erdatmosphäre als Xenon mit 0,09 ppm und ist entsprechend kostengünstiger zu gewinnen. Beide Gase sind umweltneutral und leicht zu handhaben.
Gasqualität sichert Effizienz
Um die Elektronen für die Ionisierung zu erzeugen, wird ein Filament verwendet, welches empfindlich auf verschiedene Moleküle reagiert, insbesondere auf Sauerstoff und Wasser. In der Stützmasse sollte also möglichst wenig davon zu finden sein, damit der Antrieb dauerhaft effizient arbeiten kann. Das Stützmassegas muss daher hohe Qualitätsanforderungen erfüllen.
Neben dem Reinheitsgrad spielt die Zusammensetzung der verbleibenden Restmoleküle eine wichtige Rolle. Wie stark die Leistung eines Ionentriebwerks beeinträchtigt wird, hängt entscheidend von Art und Menge dieser Moleküle ab.
Standard oder maßgeschneidert
Messer bietet zwei Gase, bei denen der Anteil an Restmolekülen sorgfältig kontrolliert wird: Xenon 5.0 und Krypton 5.0 für Ionenantriebe. Sie wurden speziell für diese Anwendung entwickelt und ermöglichen eine dauerhaft hohe Effizienz des Antriebs. Die Gewinnung und der Qualitätsprozess sind minutiös auf die besonderen Anforderungen dieser Einsatzart abgestimmt und dokumentiert. Sie gehen über die Standardspezifikation des ohnehin schon hohen Reinheitsgrades von 5.0 hinaus.
Der Qualitätsprozess umfasst neben dem Gas auch die Behälter sowie die Armaturen und die Abfüllung. Danach wird die Qualität des Gases per Gaschromatographie und Wärmeleitfähigkeitsdetektoren kontrolliert. Neben den Standardprodukten bietet Messer auch maßgeschneiderte Lösungen nach den besonderen Vorgaben der jeweiligen Anwendung an.
Seit mehr als 125 Jahren ist Messer als das heute weltweit größte Unternehmen für Industriegase, Medizingase, Spezialgase und Elektronikgase in Privatbesitz seinen Leitlinien für Sicherheit, Fokus auf Kunden und Mitarbeitende, gesellschaftliche Verantwortung, Nachhaltigkeit, Vertrauen und Respekt treu. Die Gases for Life und patentierten Gaseanwendungen von Messer sind für Umweltschutz, Klimaschutz, Dekarbonisierung und Innovation unersetzlich.
