Ein revolutionäres neuartiges Antriebssystem, dass bei zukünftigen Weltraummissionen eingesetzt werden soll, hat einen weiteren großen Schritt zu seiner Vollendung gemacht.
Das neue Antriebssystem, das als Hall-Effekt-Antrieb (englisch Hall-Effect Thruster oder Hall Thruster) (HET) bekannt ist, nutzt elektrische und magnetische Felder, um seinen Treibstoff (z.B. Argon oder Xenon) zu ionisieren, wobei die Ionen herausgeschleudert werden und dadurch ein Schub erzeugt wird.
Der Hauptvorteil von Ionentriebwerken gegenüber herkömmlichen chemischen Raketen ist eine wesentlich höhere Treibstoffeffizienz, die es ermöglicht, ein Raumfahrzeug auf wesentlich höhere Geschwindigkeiten zu beschleunigen.
Denn stehen den bisherigen in Raumfahrzeugen eingesetzten Triebwerke nur wenige 100 bis 1000 W zur Verfügung, mit denen Schubkräfte von 10 bis 100 mN erreicht werden können, sind mit einem Hall-Effekt-Antrieb hohe Schubwirkungsgrade und hohe Einsatzdauer auch bei hohen Leistungen bis in den 100-kW-Bereich möglich.
Der amerikanische Raketen- und Raketenantriebsherstelle Aerojet Rocketdyne baut derzeit ihre Hall-Triebwerke in das NASA-System Advanced Electric Propulsion System (AEPS) ein und testet sie. Nun gab das Unternehmen bekannt, dass ihr bisheriger Systemintegrationstest im NASA’s Glenn Research Center in Cleveland, Ohio, erfolgreich abgeschlossen wurde und es sich bestätigt habe, dass das System tatsächlich Energie mit einem hohen Wirkungsgrad umwandeln kann.
„Indem wir auf dem neuesten Stand der Antriebstechnologie bleiben, haben wir uns für eine wichtige Rolle nicht nur bei der Rückkehr zum Mond positioniert, sondern auch bei jeder zukünftigen Initiative, Menschen zum Mars zu schicken“, erklärt Eileen Drake, CEO und Präsidentin von Aerojet Rocketdyne gegenüber Space Daily.
„Unsere AEPS Entladungsversorgungseinheit hat sich hervorragend bewährt, was zu erheblichen Effizienzverbesserungen für zukünftige, anspruchsvolle Missionen geführt hat. Diese Ergebnisse sind ein Beweis für den Fokus und das Engagement des Aerojet Rocketdyne- Teams, den Stand der Technik in diesem kritischen Bereich der Raumfahrttechnologie voranzutreiben.“
Die AEPS-Triebwerke könnten auf dem Energie- und Antriebselement des Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G) eingebaut werden, der geplanten cislunaren Raumstation der NASA und Roskosmos. Darüber hinaus sind sie auch für zukünftige Mars-Missionen von großer Bedeutung.
© Fernando Calvo für Terra-Mystica.Jimdo.com am 04.09.2018
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EmDrive: Neues vom “unmöglichen, treibstofflosen Antrieb”
Der Weltraum ist riesig, und die Distanzen zwischen den Himmelskörpern sind für uns Menschen fast unüberbrückbar. Unsere Raumfahrzeuge sind viel zu langsam, um solche Reisen in annehmbaren Zeiträumen zu ermöglichen. Die Antriebssysteme brauchen zu viel Treibstoff, dessen Transport ins All uns vor logistische Probleme stellt. Und einen überlichtgeschwindigkeitsschnellen Warp-Antrieb gibt es nur auf dem Raumschiff Enterprise (Antigravitation im Einsatz: Geheimprojekte zur Weltraumverteidigung)
Dementsprechend groß war die (mediale) Aufregung, als die Nasa 2014 einen kurzen Bericht über ein neuartiges Antriebssystem veröffentlichte. Der Titel der Arbeit war nüchtern – „Anomalous Thrust Production from an RF Test Device Measured on a Low-Thrust Torsion Pendulum“ – aber der Inhalt potenziell spektakulär.
Man hatte sich mit dem „EmDrive“ beschäftigt, ein Konzept des britischen Ingenieurs Roger J. Shawyer. Er entwarf einen kegelförmigen Hohlraum aus Kupfer, in dessen Innerem Mikrowellen hin und her reflektiert werden. Aus ungeklärten Gründen soll dadurch ein Schub erzeugt werden, der diesen EmDrive bewegt.
Revolutionärer Antrieb
Das Konzept widerspricht den Grundlagen der Physik. Es wäre in etwa so, als würde man ein Auto dadurch vorwärts bewegen wollen, in dem man von innen fest gegen die Windschutzscheibe drückt. Das ist unmöglich, auch bei einem Raketenantrieb. Hier kommt man – vereinfacht gesagt – nur dann vorwärts, wenn man irgendetwas nach hinten ausstößt. Deswegen braucht eine Rakete ja auch Treibstoff, wenn sie beschleunigen will. Der EmDrive aber versprach einen treibstofflosen Antrieb. Man würde nur Strom brauchen, der sich im Weltall etwa aus Solarenergie oder Radionuklidbatterien gewinnen lässt, und könnte damit Mikrowellen und Schub produzieren.
Eine Theorie, die in Konflikt mit den Fundamenten der bekannten Physik steht. Und doch berichteten die Nasa-Wissenschafter um Harold White von der Messung einer kleinen, aber vorhandenen Schubkraft. Den Grund dafür kannten sie nicht, waren sich aber sicher, dass es nichts mit klassischer Physik zu tun hatte, sondern vielleicht auf eine Interaktion mit einem „virtuellen Plasma im Quantenvakuum“ zurückzuführen sei.
Kritische Stimmen
So begeistert diese Ergebnisse von der Öffentlichkeit aufgenommen wurden, so kritisch war die Stimmung in der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Um fundamentale Grundlagen der Physik wie die Impulserhaltung oder die Newton’schen Bewegungsgesetze ignorieren zu können, braucht es mehr als ein Experiment. Vor allem braucht es ein Experiment, das ohne jeden Zweifel den Effekt demonstriert, den es demonstrieren will. Erst dann kann man seriöserweise darüber nachdenken, welche neue Theorie man zur Erklärung des Effekts entwickeln muss. Aber so weit war der EmDrive noch lange nicht. Der gemessene Effekt war alles andere als deutlich.
Und so gut wie alle Fachleute waren sich einig, dass man hier keine mysteriöse Schubkraft gemessen, sondern das Resultat eines nicht sorgfältig genug geplanten Versuchsaufbaus vor sich hatte. Die Arbeit von White und seinen Kollegen war kein groß angelegtes Projekt der Nasa, sondern wurde quasi „nebenbei“ durchgeführt. Da wäre es nicht überraschend, wenn sich ein Messfehler einschleicht. Zwei Jahre später machte der EmDrive erneut Schlagzeilen.
Anstatt in einer kurzen Nachricht auf der Nasa-Homepage hatten White und Kollegen ihre Versuche nun „offiziell“ in einer wissenschaftlichen Fachzeitschrift veröffentlicht („Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum“). Das allein machte die ganze Angelegenheit nicht weniger umstritten und den EmDrive nicht weniger inkompatibel mit den Fundamenten der Wissenschaft. Aber jetzt, da alle relevanten Daten vernünftig publiziert waren, konnte die „Qualitätskontrolle“ der Wissenschaft ihre Arbeit aufnehmen.
Penible Überprüfung
Das hat vor allem das Institut für Luft- und Raumfahrttechnik der Technischen Universität Dresden übernommen. Sein Direktor, der österreichische Physiker Martin Tajmar, erforscht dort nicht nur neue, sondern auch unkonventionelle Arten der Fortbewegung im Weltall. Tajmar hat sich mit seiner Arbeitsgruppe intensiv mit dem EmDrive beschäftigt. Um Klarheit über die Existenz dieser mysteriösen Schubkraft zu bekommen, hat man an der TU Dresden den Versuchsaufbau der Nasa-Gruppe reproduziert – und dann in eine Vakuumkammer gestellt, um äußere Einflüsse ausschließen zu können.
Mit einer extrem genauen Torsionswaage konnten auch kleinste Schubkräfte gemessen werden. Alles war soweit wie möglich automatisiert, um die Versuchsbedingungen ändern zu können, ohne das Experiment selbst berühren zu müssen. Man berücksichtigte bei den Versuchen in Dresden auch Veränderungen in der Umgebungstemperatur, Vibrationen der Geräte sowie den Einfluss elektromagnetischer Felder. Kurz gesagt: Man tat alles, um äußere Störungen und Messfehler auszuschließen.
Doch kein Antrieb?
Die Ergebnisse ihrer Arbeit haben Tajmar und seine Kollegen im Mai 2018 veröffentlicht („The SpaceDrive Project – First Results on EMDrive and Mach-Effect Thrusters“). Anfangs stimmten die Daten mit denen der Nasa überein: Wenn im Inneren des Kegels Mikrowellen reflektiert werden, entsteht eine kleine Schubkraft. Allerdings konnten die Forscher diese Kraft auch dann messen, wenn gar keine Schub produziert werden sollte.
Selbst wenn der EmDrive so eingestellt wurde, das sich keine Mikrowellen im Kegel befanden, ließ sich die gleiche Kraft messen. Die Erklärung von Tajmar und seinen Kollegen: Der Effekt geht nicht auf irgendwelche mysteriösen Wechselwirkungen zwischen den Mikrowellen und dem Quantenvakuum zurück. Er ist schlicht und einfach auf die (absolut mit den Gesetzen der Physik kompatible) Wechselwirkung zwischen dem Erdmagnetfeld und den stromführenden Kabeln des EmDrives zurückzuführen.
Das Ergebnis war also genau das, was eigentlich alle erwartet haben: Der revolutionäre Antrieb, der den Grundlagen der Physik zu widersprechen schien, ist weder revolutionär noch ein Widerspruch. Und genaugenommen ist er nicht einmal ein Antrieb, sondern nur das Resultat eines nicht sorgfältig genug geplanten Experiments.
Natürlich wollen nicht alle die Ergebnisse von Tajmar und Kollegen wahrhaben. Auch gibt es niemals ein „perfektes“ Experiment; wer lange genug sucht, findet auch an Tajmars Versuchsaufbau etwas zu kritisieren.
Neue Messergebnisse
Die neusten Untersuchungsergebnisse der “NASA Eagleworks Laboratories” sollen, laut Informationen eines Insiders, nicht nur ein weiteres Mal die Schubentwicklung bestätigen, sondern schon bald als Fachpublikation in einem angesehenen Fachjournal veröffentlicht werden (Die Antigravitationsraumschiffe der USA wurden mit außerirdischer Technologie gebaut)
Derweil hat der Erfinder des EmDrive, der britische Wissenschaftler Roger Shawyer, alle seine bisherigen Forschungs- und Messergebnisse veröffentlicht und berichtet, dass er selbst derzeit an einer deutlich leistungsstärkeren Version seines Antriebs arbeite, die das Transport- und Raumfahrtwesen revolutionieren könne.
Wie schon mehrfach zuvor stammt die Information über die bevorstehende Fachpublikation zu den neusten Eagleworks-Tests aus dem “Nasa Spaceflight Forum”. Der entsprechende Post des Wissenschaftlers und NASA-Insiders Dr. José Rodal wurde allerdings mittlerweile wieder entfernt.
In seinem Post, so berichten und zitieren unterschiedliche Quellen unabhängig voneinander, benannte Rodal sowohl den Titel des Fachartikels (“Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio Frequency Cavity in Vacuum”) als auch mit dem “Journal of Propulsion and Power” das Fachjournal des American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) und damit einer der international größten technologisch orientierten Forschungsgesellschaften auf dem Gebiet der Luftfahrtinovationen. Als Autoren des Artikels nannte Rodal “Harold White, Paul March, Lawrence, Vera, Sylvester, Brady and Bailey”.
Hinzu, so vermuten Beobachter, zitierte Rodal sogar aus der Studie, als er folgendes zu den Ergebnissen erläuterte: “Thrust data in mode shape TM212 at less than 8106 Torr environment, from forward, reverse and null tests suggests that the system is consistently performing with a thrust to power ratio of 1.2 +/- 0.1 mN/Kw ()”. Kurz: Das EmDrive-System liefert einen Schub von 1,2 +/- Millinewton pro Kilowatt.
Zur gleichen Zeit meldete sich auch der Erfinder des EmDrive, der britische Wissenschaftler Roger Shawyer gegenüber der “International Business Times” (IBT) zu Wort und erklärt dort, dass er derzeit die EmDrive-Technologie an einem unbemannten Testflugzeug erprobe, mit dem Ziel wirklich praktikable “flying cars”, also sogenannte fliegende Autos, zu entwickeln (Neue Antriebstechnologien werden unterdrückt – 100 Jahre fahren ohne auftanken).
Zu der möglicherweise bevorstehenden Fachpublikation erklärte Shawyer gegenüber der IBT, dass er zwar von der Nachricht fasziniert sei, dass der darin beschriebene Schub aber noch sehr gering sei und gerade einmal dem Ergebnis seiner Tests vor mehr als zehn Jahren entspreche.
Literatur:
Zutritt streng verboten!: Die 24 geheimsten Orte dieser Welt
PublicDomain/derstandard.at/grenzwissenschaft-aktuell.de am 04.09.2018
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