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Eine Übersicht elektrischer Raumfahrtantriebe

Schmidt, Jens and Simon, Jens and Neumann, Andreas and Grabe, Martin (2021) Eine Übersicht elektrischer Raumfahrtantriebe. DLR-Interner Bericht. DLR-IB-AS-GO-2021-66. DLR Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik. 48 S.

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Abstract

Um die Entwicklung elektrischer Raumfahrtantriebe (Electric Propulsion – EP) am DLR vorzubereiten, wurde eine Übersicht über die vorhandenen Technologien erstellt um den Stand der Technik abzubilden und Entwicklungspotentiale aufzudecken. Diese Übersicht beschränkt sich dabei auf Triebwerkstypen, welche kommerziell erhältlich sind, da es eine extrem große Anzahl an Labormodellen gibt, die den Rahmen dieser Studie sprengen würde. Einige wichtige Konzepte, welche bis jetzt aber nur im Labor erprobt wurden, werden aber vorgestellt. Die vorgestellten Triebwerkstypen wurden in einer Datenbank eingetragen und nach verschiedenen Parametern (Leistung, Schub) und ihrem Technology Readiness Level (TRL) klassifiziert. Auf Basis dieser Datenbank und zusätzlicher Literaturrecherche, auch unter Berücksichtigung anderer Studien, werden die Probleme der vorhandenen Triebwerkstechnologien herausgearbeitet, um Potentiale für zukünftige Entwicklungen aufzudecken. Dabei wurde auf alle verbreiteten Technologien eingegangen und die physikalischen und technischen Konzepte dieser Triebwerke erläutert. Eine der Herausforderungen dabei ist, dass viele neuere Triebwerkskonzepte nicht über den Status eines Labormodells hinauskommen, da es an Möglichkeiten fehlt, diese zu qualifizieren oder sogar auf Missionen einzusetzen. Dies ändert sich langsam für kleine Leistungen auf CubeSat-Missionen, der Prozess kann und sollte aber weiter unterstützt werden. Für EP großer Leistungen müssen bessere Methoden zur Qualifikation gefunden werden. Die Schlussfolgerung aus dieser Analyse ist, dass es bei vorhandenen Triebwerkstechnologien hauptsächlich drei Schwierigkeiten gibt, die mit neuen Entwicklungen zu lösen sind: Treibstoffverfügbarkeit, Erosion der Elektroden, Gitter und Neutralisatoren sowie die geringe Schubdichte. Dabei wird deutlich, dass die momentan eingesetzten Triebwerke, vor allem die Gitter-Ionen Triebwerke, viele dieser Anforderungen nur mit großen Schwierigkeiten oder gar nicht erfüllen können. Zumindest die ersten beiden Probleme lassen sich durch elektrodenlose Triebwerkskonzepte wie mit Plasmaerzeugung durch RadioFrequenz (RF) oder Mikrowellen (MW) sowie mit elektromagnetischer Beschleunigung in magnetischen Düsen lösen. Daher ist es ein vielversprechender Ansatz, ein elektrodenloses Triebwerkskonzept am DLR selbst zu entwickeln, wie auch gleichzeitig ein Triebwerk kleinerer Leistung für Lageregelungsaufgaben. Diese Entwicklungen lassen sich in die Entwicklung einer Plasmaquelle sowie die Entwicklung von magnetischen Düsen aufteilen. Hierbei kommt insbesondere der Entwicklung und Erforschung der magnetischen Düse eine hohe Bedeutung zu, da bei dieser Technologie noch viele offene Fragen zu klären sind. Zusätzlich zu der experimentellen Entwicklung und Erforschung elektrischer Raumfahrtantriebe müssen Kapazitäten im Bereich der Modellierung und Simulation eben dieser aufgebaut werden.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/141191/
Document Type:Monograph (DLR-Interner Bericht)
Title:Eine Übersicht elektrischer Raumfahrtantriebe
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthor's ORCID iDORCID Put Code
Schmidt, JensUNSPECIFIEDhttps://orcid.org/0000-0002-2052-8588UNSPECIFIED
Simon, JensUNSPECIFIEDUNSPECIFIEDUNSPECIFIED
Neumann, AndreasUNSPECIFIEDUNSPECIFIEDUNSPECIFIED
Grabe, MartinUNSPECIFIEDhttps://orcid.org/0000-0003-0361-2734UNSPECIFIED
Date:April 2021
Refereed publication:No
Open Access:No
Number of Pages:48
Publisher:DLR
Status:Published
Keywords:Electric Propulsion, Plasma, Elektrische Raumfahrtantriebe, Raumfahrt
Institution:DLR Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
Department:Raumfahrzeuge
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Space
HGF - Program Themes:Space Transportation
DLR - Research area:Raumfahrt
DLR - Program:R RP - Space Transportation
DLR - Research theme (Project):R - Reusable Space Systems and Propulsion Technology, R - Laboratory for Electrical Space Propulsion Trauen
Location: Göttingen , Trauen
Institutes and Institutions:Institute for Aerodynamics and Flow Technology > Spacecraft, GO
Deposited By: Schmidt, Jens
Deposited On:14 Jan 2022 12:18
Last Modified:14 Jan 2022 12:18

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