Science-Nonfiction: (Modell)Flugzeug mit Ionenantrieb!

26. November 2018, 14:09 Uhr
Ionenantrieb des Modellflugzeugs. Bild: MIT
Ionenantrieb des Modellflugzeugs. Bild: MIT
Liest sich wie ein klassischer Science Fiction, ist aber eine real geglückte Technologie-Demonstration des MIT: Zum ersten Mal ist ein Flug über die Strecke von einigen zig Metern mit echtem Ionenantrieb geglückt. Noch weit hin zum Raumschiff Enterprise, aber ein Anfang ist gemacht.

Erst vor etwa 115 Jahren gelang den Gebrüdern Wright der erste Motorflug der Menschheitsgeschichte (die Einschränkung berücksichtigt, dass Aliens dieser Schritt schon vor längerer Zeit geglückt sein könnte ;-)
Auf den Antrieb mit einem Viertakt-Benziner folgten schnell Varianten mit Sternmotoren, schließlich Turbinen, Raketen und Ramjets oder Scramjets. Für „Raumschiffe“ des Planeten Terra war bisher das klassische Raketentriebwerk die einzige Alternative. Obwohl Ionenantriebe ebenfalls schon vor fast 100 Jahren ausgedacht wurden, sind sie der Allgemeinheit eher von Science Fictions wie etwa Raumschiff Enterprise bekannt, in der Praxis wurden sie als Sondenantrieb schon vor 20 Jahren z. B. bei Deep Space 1 experimentell eingesetzt.

Den Forschern vom MIT um Steven Barret gelang jetzt etwas ganz Irdisches: Der Einsatz eines Ionentriebwerks in der Atmosphäre statt im Vakuum des Weltraums an einem größeren Modellflugzeug.
 
Video zur Technik des Ionenantriebs mit Steven Barret vom MIT.

Das Prinzip eines Ionentriebwerks ist ja recht simpel: Gasmokelüle werden durch entsprechend hohe elektrische Felder ionisiert und die Ionen durch dieses Feld zusätzlich beschleunigt. Im Weltall muss das dazu nötige Gas mitgeführt werden, aber da es auf sehr viel höhere Geschwindigkeiten kommt als z. B. bei der chemischen Reaktion eines Raketenmotors, ist hier prinzipbedingt weniger Masse (=Treibstoff) mitzuführen, was einen Ionenantrieb theoretisch überlegen macht.

In der Atmosphäre ist das anders, da hier keine Gase mitgeführt werden müssen, sondern die Luft selbst als „Treibstoff“ dient. Auf ihrem Weg zwischen den Elektroden reißen hier die beschleunigten positiven Stickstoff-Ionen weitere Gasmoleküle mit sich und erzeugen so einen „Ionenwind“. Die Ionenbeschleunigung hat nun einen Rückstoß zur Folge, der das Flugzeug antreibt.

Diese Technik kämpft natürlich noch mit vielen Problemen der Physik, allem voran dass hier zwar mit sehr hohen Spannungen gearbeitet werden muss, diese aber aufgrund der Überschlagsgefahr zwischen den Elektroden etc. nicht beliebig groß sein kann. Außerdem ist gemessen am Querschnitt des Ionentriebwerks die erzielbare Kraft sehr bescheiden. Immerhin gelang es den Ingenieuren vom MIT aber, das Leichtbau-Modell mit dieser Kraft in der Luft zu halten – nach einem Katapultstart. Bis diese Technik wirklich praktikabel und einsatzreif ist, dürften also noch ziemlich viele Ionen zwischen den Elektroden wandern.
Trotzdem ist so ein rein elektronisches Triebwerk ohne irgendwelche bewegten Teile daher technisch auf jeden Fall „faszinierend“, wie Spock sagen würde…
 
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