Winzige Krone im Herzen eines Miniatur-Triebwerks
Diese gezackte Wolframkrone hat gerade mal einen Durchmesser von einen Zentimeter und ist damit halb so klein wie eine 10-Cent Münze. Sie bildet das Herzstück des bisher kleinsten und präzisesten Triebwerks Europas.
Der Indium FEEP Multiemitter (IFM) Nano Thruster ist stark genug, um sich dem Luftwiderstand der Erdatmosphäre zu widersetzen sowie – falls notwendig – den schwachen, aber stetigen Druck des Sonnenlichts zu verdrängen. Dadurch soll der Satellit, an dem das Triebwerk installiert ist, stabil in seiner Bahn gehalten werden.
Alternativ kann ein einzelnes Triebwerk oder ein Triebwerk-Cluster an einen CubeSat oder ein anderes kleines Raumfahrzeug angebracht werden, um das System besonders auf die operativen Anforderungen von Satellitenkonstellationen auszulegen. Darüber hinaus kann die kompakte Schubdüse effizient für kleine Satelliten eingesetzt werden um sie aus ihrer Umlaufbahn zu bringen und erfüllt damit die Weltraummüll-Bestimmungen.
Der IFM Nano Thruster ist ein Miniatur-Ionentriebwerk mit einem elektrischen Feld, das elektrisch aufgeladene Atome (Ionen) beschleunigt, um Schub zu generieren. Als Treibstoff kommt flüssiges Indium zum Einsatz.
Das flüssige Metall fließt aufgrund von Kapillarwirkung durch die porösen 28 Nadeln der Wolframkrone und sammelt sich in winzigen Löchern an deren rasiermesserscharfen Spitzen. Es wird durch Oberflächenspannung an Ort und Stelle gehalten, bis sich ein elektrisches Feld aufgebaut hat. Dies sorgt dafür, dass sich winzige Kegel im flüssigen Metall bilden, von deren Spitze aus positive Ionen abgefeuert werden, die Schub generieren.
Während die Schubleistung anderer Ionentriebwerke in Millinewton gemessen wird, wird für die Leistung des IFM Nano Thruster die Maßeinheit Mikronewton verwendet – also eine 1.000 Mal kleinere Einheit. Die Schubleistung reicht von 10 bis 400 Mikronewton und die maximale Spitzenleistung beträgt bis zu 1.000 Mikronewton - also 1 Millinewton.
Im IFM Nano Thruster stecken 15 Jahre Arbeit, durchgeführt von der ESA und der FOTEC in Österreich. Nun ist das Triebwerk flugerprobt im Weltraum und kommerziell verfügbar. Die FOTEC-Ausgründung ENPULSION übernimmt den Vertrieb.
Das Triebwerk enthält keine beweglichen Teile und das Treibmittel Indium befindet sich bei Zimmertemperatur in einem festen Aggregatzustand. Es wird durch Hitze aktiviert. Die langen, empfindlichen Nadeln stellen einen potenziellen Schwachpunkt des Triebwerks dar, jedoch wurden diese kürzlich im Rahmen eines ESA-Technology Development Element-Projekts tausenden von Teststunden unterzogen, in denen sie ihre Verlässlichkeit unter Beweis gestellt haben.
„Der IMF Nano Thruster wurde ursprünglich für die von der ESA vorgeschlagene Next Generation Gravity Mission entwickelt. Ziel war es, den Luftwiderstand in oberen Schichten der Atmosphäre auszugleichen, um hochempfindliche Gravitationsmessinstrumente zu schützen“, erklärt Jose Gonzalez Del Amo, Leiter der Abteilung Electric Propulsion bei der ESA.
"Es ist erfreulich zu sehen, dass dieses Produkt eine kommerzielle Nische gefunden hat, zumal es auf einer zugrundeliegenden Technologie - Field Emission Electric Propulsion, kurz FEEP - basiert, die zuerst hier am ESTEC, dem technischen Zentrum der ESA in den Niederlanden, erfunden wurde.“
Die IFM Nano Thruster sind an Bord der kommerziellen ICEYE-Radarsatelliten-Konstellation ins All geflogen und es wird diskutiert, sie für zukünftige ESA-Missionen einzusetzen.
