Forscher der Europäischen Weltraumorganisation testen, was sie als den kleinsten und doch präzisesten steuerbaren Motor beschreiben, der jemals für den Weltraum gebaut wurde. Der FEEP-Motor (Field Emission Electric Propulsion) misst 10 Zentimeter (4 Zoll) und erzeugt beim Laufen ein schwaches blaues Leuchten. Er erzeugt einen durchschnittlichen Schub, der der Kraft eines fallenden Haares entspricht. Aber seine Schubreichweite und Steuerbarkeit sind stärkeren Triebwerken weit überlegen und werden für eine zukünftige Weltraummission wichtig sein, die Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie testen wird.
"Die meisten Antriebssysteme werden eingesetzt, um ein Fahrzeug von A nach B zu bringen", erklärte Davide Nicolini von der Abteilung für wissenschaftliche Projekte der Agentur, der für die Motorenforschung verantwortlich ist. "Mit FEEP ist es jedoch das Ziel, ein Raumschiff in einer festen Position zu halten und selbst die kleinsten Kräfte, die es stören, mit einer Genauigkeit zu kompensieren, die kein anderes Triebwerksdesign erreichen kann."
Zu beobachten, wie sich Objekte verhalten, wenn sie von allen äußeren Einflüssen getrennt sind, ist ein langjähriges Ziel der Physiker, das jedoch nicht im Schwerefeld der Erde möglich ist. Eine Mission des nächsten Jahrzehnts namens LISA Pathfinder (Laserinterferometer-Weltraumantenne) wird 1,5 Millionen km zu einem der Lagrange-Punkte, L-1, fliegen. Dort heben sich die Gravitäten von Sonne und Erde gegenseitig auf, so dass das Verhalten eines Paares frei schwebender Testobjekte präzise überwacht werden kann.
Um das Experiment vollständig vom Rest des Universums zu trennen, müssen noch einige Turbulenzen überwunden werden, insbesondere der leichte, aber kontinuierliche Druck des Sonnenlichts. Hier kommt FEEP ins Spiel. Es funktioniert nach dem gleichen Grundprinzip wie andere Ionenmotoren, die an Bord der SMART-1 Moon-Mission der ESA und anderer Raumfahrzeuge geflogen werden: Das Anlegen eines elektrischen Feldes dient dazu, elektrisch geladene Atome (sogenannte Ionen) zu beschleunigen und Schub zu erzeugen .
Während der Schub anderer Ionenmotoren in Millinewton gemessen wird, wird die Leistung von FEEP in Mikronewton bewertet - eine Einheit, die tausendmal kleiner ist. Der Motor hat einen Schubbereich von 0,1 bis 150 Mikronewton mit einer Auflösungsfähigkeit von besser als 0,1 Mikronewton in einem Zeitverhalten von einer Fünftelsekunde (190 Millisekunden) oder besser.
Der Motor verwendet flüssiges Metall-Cäsium als Treibmittel. Durch Kapillarwirkung - ein Phänomen, das mit der Oberflächenspannung verbunden ist - fließt Cäsium zwischen zwei Metalloberflächen, die in einem messerscharfen Schlitz enden. Das Cäsium bleibt an der Mündung des Schlitzes, bis ein elektrisches Feld erzeugt wird. Dies führt dazu, dass sich im flüssigen Metall winzige Kegel bilden, deren geladene Atome aus ihren Spitzen schießen, um einen Schub zu erzeugen.
Für den LISA Pathfinder werden zwölf Triebwerke verwendet. In Zusammenarbeit mit einem anderen von der NASA entwickelten Antriebssystem sollten die Triebwerke eine mindestens 100-mal genauere Richtungssteuerung liefern als jedes andere Raumschiff zuvor. bis auf einen Millionstel Millimeter.
LISA umfasst drei Satelliten, die bis zu fünf Millionen km voneinander entfernt sind und durch Laser verbunden sind und die Sonne umkreisen. Ziel ist es, räumliche und zeitliche Wellen zu erkennen, die als Gravitationswellen bekannt sind und von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt, aber bisher unentdeckt bleiben. Die Wellen würden winzige Abweichungen in der zwischen den Satelliten gemessenen Entfernung verursachen.
Das Triebwerk wurde letzten Monat getestet. Nachdem die Tests analysiert und das Konzept bewiesen wurden, wurde die FEEP-Technologie für eine breite Palette anderer Missionen vorgesehen, darunter Präzisionsformationsfliegen für Astronomie, Erdbeobachtung und schleppfreie Satelliten zur Kartierung von Variationen in der Schwerkraft der Erde.
Quelle: ESA
