Forscher der Universität Stuttgart haben ein neuartiges Antriebskonzept für Satelliten in sehr niedrigen Erdumlaufbahnen entwickelt. Das System nutzt die dünne Atmosphäre in diesen Höhen direkt als Treibstoffquelle.
Vorteile und Herausforderungen sehr niedriger Umlaufbahnen
Umlaufbahnen zwischen 100 und 450 Kilometern Höhe bieten für Erdbeobachtung und Kommunikation entscheidende Vorteile. Die Nähe zur Erdoberfläche ermöglicht höhere Auflösungen bei Kamerasystemen und reduziert den Energiebedarf für Radar- und Kommunikationssysteme. Zudem verglühen ausgediente Satelliten in dieser Höhe durch atmosphärische Reibung von selbst.
Der Nachteil: Die atmosphärische Reibung erfordert ständigen Schub, um die Umlaufbahn zu halten. Herkömmliche Ionentriebwerke benötigen dafür teure Edelgase wie Xenon als Treibstoff. Francesco Romano entwickelte im Rahmen seiner Doktorarbeit ein System, das stattdessen die vorhandenen Luftmoleküle nutzt.
Technische Umsetzung des atmosphärenatmenden Antriebs
Das Konzept gehört zur Kategorie der Atmosphere-Breathing Electric Propulsion (ABEP) Systeme. Die größten technischen Herausforderungen sind atomarer Sauerstoff (AO) und die variablen atmosphärischen Bedingungen in diesen Höhen. AO entsteht durch UV-Strahlung und korrodiert metallische Komponenten herkömmlicher Ionentriebwerke.
Romanos Lösung kombiniert ein kontaktloses Hochfrequenz-Helicon-Plasma-Triebwerk mit einem optimierten Lufteinlasssystem. Drei Einlassdesigns wurden getestet, wobei sich eine spekulare Einlassgeometrie mit parabolischer Form als am effizientesten erwies. Dieses Design erreichte eine Sammelrate von 94,3% der Luftpartikel.
Das Triebwerk selbst nutzt eine spezielle Antennenanordnung, inspiriert von medizinischen MRT-Geräten. Ein Solenoid erzeugt ein Magnetfeld, das das Plasma in einem quasi-neutralen Strahl ausstößt. Tests im Vakuum zeigten einen stabilen Betrieb mit nur 50-60 Watt Hochfrequenzleistung.
Modellrechnungen zeigen, dass das System Satelliten in 190-250 km Höhe dauerhaft betreiben könnte. Auch Anwendungen beim Mars sind denkbar, wo das Triebwerk in 120-160 km Höhe arbeiten könnte. Ob das Konzept jenseits des Labors eingesetzt wird, bleibt abzuwarten.
- Francesco Romano: RF Helicon Plasma Thruster for an Atmosphere-Breathing Electric Propulsion System (ABEP), arXiv (2026). DOI: 10.48550/arxiv.2607.02635
- Quelle: Universe Today