Vergleichende Messungen eines elektrischen Triebwerks mit Elektron-Zyklotron-Resonanz-Plasmaquelle beim Betrieb mit Xenon und Luft

Abstract

Diese Bachelorarbeit wurde im Rahmen des Bachelorstudiengangs "Physik und Technologie für Raumfahrtanwendungen" der Justus-Liebig-Universität in Gießen verfasst. Die Messreihen wurden am Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum in Göttingen am Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in der Abteilung Raumfahrzeuge durchgeführt. Die aufgeführten Messreihen wurden an der „Simulationsanlage Treibstrahlen Göttingen Miniatur Triebwerke (STG-MT)“ durchgeführt. Hintergrund dieser Arbeit ist das an mehreren DLR Standorten entwickelte "Decentralized Energy supplied Electric Propulsion" (DEEP) Projekt zur Etablierung neuer Technologien im Bereich elektrischer Raumfahrtantriebe. Innerhalb des DEEP Projekts wurde ein Konzept für ein Elektron-Zyklotron-Resonanz-Triebwerk ausgelegt und dahingehend ein erster Prototyp entwickelt. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme und Weiterentwicklung des Triebwerks wurden im Kontext dieser Bachelorthesis verschiedene Parameter des Triebwerks mittels diagnostischer Analysemethoden genauer untersucht. Dazu zählten unter anderem strahldiagnostische Untersuchungen, bei denen eine Einzel-Langmuirsonde zur Ermittlung der Elektronendichte und -temperatur eingesetzt wurde, sowie Schubmessungen mit Xenon und Luft. Im Hinblick auf die zukünftige Entwicklung luftatmender elektrischer Antriebssysteme wurden in dieser Abschlussarbeit die Eigenschaften des entwickelten Triebwerks beim Betrieb mit Xenon und Luft direkt verglichen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigten höhere Elektronendichten und -temperaturen beim Betrieb mit Luft im Vergleich zu Xenon. Eine Bestimmung des Schubs konnte zu diesem Zeitpunkt lediglich mit Xenon erfolgen.