Dual-Stage-4-Grid-Ionenantrieb: Antriebsart

Prototypen können einen Ionenstrahl erzeugen, der viermal so schnell ist wie die der bisher leistungsfähigsten Ionentriebwerke, ohne dass die Elektroden wie zuvor beschädigt werden. Im Vergleich zum Ionentriebwerk PPS 1350 der Mondsonde SMART-1 beschleunigt das Triebwerk die austretenden Ionen auf die über zehnfache Geschwindigkeit (210 km/s).

Mit steigender Beschleunigungsspannung ansonsten auftretende Probleme werden dadurch vermieden, dass der Ionenstrahl zweistufig (engl. dual stage) unter Verwendung von vier Elektroden (engl. 4 grid) beschleunigt wird.

Das Prinzip ist von Fusionsexperimenten her bereits bekannt, bei denen schnelle Protonen (1 MeV) benötigt werden.

Zunächst werden wie beim Zwei- oder Dreielektroden-Triebwerk Ionen mit zwei Gittern aus der Ionenquelle extrahiert. Sie haben dann bereits eine hohe Geschwindigkeit, die jedoch auf Energien < 5 keV limitiert ist, um Strahldivergenz und Elektrodenerosion zu vermeiden. Es folgt eine Nachbeschleunigung des Strahles mit 15 bis 30 kV und eine übliche vierte Elektrode (Bremsgitter).

Als ionisierbare Stützmasse wurde – wie auch bei bisherigen Ionentriebwerken – das Edelgas Xenon eingesetzt.

Durch die Anordnung lassen sich Leistung und Leistungsdichte steigern. Es wurde beim Prototyp ein spezifischer Impuls von 15 000 s erreicht (Limit von 3-Elektroden-Antrieben ist 10 000 s).

Hallantrieb

• C. Bramanti, R. Walker u. a.: The innovative dual-stage 4-grid ion thruster concept – Theory and experimental results. (PDF; 548 kB) International Astronautical Federation, IAC-06-C4.4.7, 2006.

• Bundesministerium für Bildung und Forschung: ESA und australisches Team erzielen Durchbruch bei Raumfahrtantrieb. 23. Januar 2006, archiviert vom Original am 27. Januar 2016; abgerufen am 9. Oktober 2018.