Iod-Ionentriebwerk für Satelliten

Verrières-le-Buisson (Frankreich) - Tausende kleine Satelliten werden in den nächsten Jahren in Umlaufbahnen um die Erde geschossen. Allein das Starlink-Netzwerk des Unternehmens SpaceX soll dann etwa 42.000 Satelliten umfassen. Um die kleinen Erdtrabanten auf ihren zugewiesenen Bahnen zu halten, benötigen sie effiziente Antriebe. Bisher werden oft Ionenantriebe mit Xenon genutzt. Doch dieses Edelgas ist selten und teuer. Iod bietet eine günstigere Alternative. In der Fachzeitschrift „Nature“ berichten nun französische Entwickler von einem erfolgreichen Testlauf eines Iod-Ionentriebwerks im Orbit.

„Iod ist deutlich häufiger und günstiger als Xenon“, sagt Dmytro Rafalskyi, technischer Direktor des Unternehmens ThrustMe in Verrières-le-Buisson nahe Paris. Mit seinen Kollegen konstruierte er gut ein Kilogramm schweres Ionentriebwerk von der Größe eines Würfels mit etwa zehn Zentimeter Kantenlänge. Die Forscher deponierten festes Iod - der Schmelzpunkt liegt bei 113,7 Grad Celsius – in einem Block aus porösem Aluminiumoxid. Aufgeheizt geht es in die Gasphase über. Beschossen mit Elektronen werden die Iodatome ionisiert. Diese Iodionen lassen sich mit elektrischen Spannungsfeldern von bis zu 1300 Volt beschleunigen. Unmittelbar nach dem Ausstoß werden die Ionen zudem über eine Kathode wieder neutralisiert, um unerwünschte Ablenkungen der Iod-Strömung durch den Satelliten selbst zu vermeiden.

Vor einem Jahr schickten Rafalskyi und Kollegen einen Testsatelliten mit ihren Iod-Ionentriebwerk an Bord einer chinesischen Rakete – „Langer Marsch 6“ – in eine Erdumlaufbahn. Dieser Satellit ließ sich zuverlässig über den Ausstoß der Iod-Ionen manövrieren. Dabei erwies sich Iod als Antriebsmittel sogar als knapp 50 Prozent effizienter als die bisher in Ionentriebwerken favorisierten Edelgase Xenon oder Krypton. So haben günstige Iod-Ionentriebwerke das Potenzial, die Betriebskosten kleiner Satelliten drastisch zu senken.

Doch vor einer Serienfertigung muss die Langlebigkeit dieser Triebwerke noch optimiert werden. Denn Iod wirkt hoch korrosiv und greift die Metallkomponenten von Satelliten an. Ein ausgeklügelter Schutzmantel beispielsweise aus Keramik oder speziellen Kunststoffen könnte hier helfen. Zudem dauert es etwa zehn Minuten, bis festes Iod – über die Sublimationstemperatur aufgeheizt – direkt in die Gasphase übergeht. Allzu schnelle Steuermanöver der Satelliten könnten damit schwieriger werden.