Alle futuristischen Antriebe haben eins gemeinsam – sie möchten mit einer minimalen Masse möglichst viel Energie erzeugen, sei es um hohe Geschwindigkeiten zu erreichen oder mit kleinem Energievorrat sehr weit zu kommen. Diese Idee hatte auch Roger Shawyer, der sich dachte, dass elektromagnetische Wellen als Antrieb dienen könnten. Und er nannte das Ding passenderweise EM-Drive. Etwas später gesellte sich ein amerikanischer Forscher namens Fetta hinzu, gab seinem Antrieb den Namen „Cannae-Drive“, aber die Funktionsweise blieb die gleiche.

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Bevor ich beginne den Ionenantrieb näher zu erläutern, möchte ich doch mal was kurz zu den „herkömmlichen“ Raumantrieben sagen. Diese sogenannten chemischen Antriebe verbrennen den Treibstoff und schleudern das Gas durch eine Düse heraus. Üblicherweise wird dazu Wasserstoff verbrannt und da die Luft in höheren Schichten knapp wird, transportieren die Raumschiffe meist noch extra den Sauerstoff mit. Also was beim Start des Raumschiffs so furchtbar qualmt, ist nichts weiter als Wasserdampf.

Zu Beginn sei erwähnt, dass der Ionenantrieb nur als Triebwerk bei einem mehrstufigen Start genutzt werden kann, da der Schub deutlich geringer ausfällt, als beim Raketenantrieb. Dafür erreicht das Triebwerk jedoch wesentlich höhere Geschwindigkeiten. Das heißt, der Start einer Mission wird ähnlich wie ein Space-Shuttle-Start aussehen. Die Raketen befördern das Raumfahrzeug in eine bestimmte Höhe, bis der Ionenantrieb zündet.

Nun zur Funktionsweise des Ionenantriebs. Bei Ionenantrieben werden Edelgase, wie z.B. Xenon, eingesetzt. Wir erinnern uns: Edelgase haben voll besetzte Schalen mit Elektronen und sind bestrebt, diesen Zustand beizubehalten. Fieserweise werden durch ein hochfrequentes Feld aus den Edelgasatomen Elektronen herausgerissen damit positiv geladene Ionen entstehen. Ein Magnetfeld beschleunigt die Ionen und schleudert sie mit einer Geschwindigkeit von ca. 35 km/s aus dem Antrieb. Zur Neutralisierung werden dem Ionenstrahl jetzt die entrissenen Elektronen wieder zugegeben. Die Energie zur Erzeugung des Stroms wird von Solarzellen erzeugt.

Eingesetzt werden Ionenantriebe also auf längeren Missionen, wie z.B. der Deep Space 1 Mission, die 1998 gestartet wurde. Dort wurden neben einem Ionenantrieb auch andere Technologien eingesetzt, um zu überprüfen, wie die Kosten des Raumflugs gesenkt werden können.

Inspiriert von Osakas Kommentar auf meinen Eintrag über den Lichtbogenantrieb, hab ich mir gedacht, dass ich mal eine ganze Serie über den Stand und die Entwicklung von alternativen Triebwerken schreibe.

Wer die Pläne zur bemannten Mission zum Mars mal genauer angesehen hat, wird schnell gemerkt haben – dieses Programm fängt bei den Kosten garnicht erst mit Millionen an – nein, das geht gleich in die Milliarden. In unserer materiell orientierten Welt ist also Hinderungsgrund für die schnelle Realisierung Nummer 1: die Kosten! Mit derzeitigen Antrieben rechnet man mit ca. 10.000 Dollar pro Kilogramm, das ins All transportiert werden soll. Man geht davon aus, dass jeder Mensch, der ins All transportiert werden soll ungefähr 5.000 kg Material (Raumanzug, Verpflegung, Sicherheitssysteme etc.) verursacht. Deswegen wurde die letzten Jahre darauf verzichtet, Menschen auf Missionen ins All zu schicken.

Anfang diesen Jahres landete die Sonde Huygens auf dem Titan – die Welt war erstaunt über die Bilder und Töne einer fremden Welt. An den Start dieser Mission kann sich kaum noch jemand erinnern. Im Oktober 1997 startete die Mission zum Titan. Nach etlichen Swing-by-Manövern, die der Sonde die nötige Geschwindigkeit verliehen haben, kam Cassini-Huygens im Juli 2004 beim Saturn an. Fast sieben Jahre hat die Sonde für diese Strecke benötigt, kaum auszudenken, welche Einflüsse und welchem psychologischen Druck die Astronauten ausgesetzt wären, wenn die Mission bemannt gewesen wäre. Demzufolge spielen auch die Reisedauer und Reisegeschwindigkeit eine große Rolle bei der Entwicklung alternativer Raumantriebe.

Daran anschließend kommt der letzte Punkt, den ich hier als Hintergrund anführen möchte. Cassini-Huygens benötigte 7 Jahre bis zum Saturn. Aber hinter dem Saturn hört der Weltraum nicht auf. Was ist, wenn es den Forschern gelingt, demnächst einen erdähnlichen Planeten zu entdecken, der meinetwegen 100 Lichtjahre entfernt ist? Selbst mit Lichtgeschwindigkeit würde die Mission über 200 Jahre benötigen. Die dabei auftretenden relativistischen Effekte lass ich jetzt mal außen vor. Und diese Missionen wären natürlich wichtig, um Theorien zu überprüfen. So zum Beispiel, ob sich tatsächlich im Zentrum der Milchstraße ein gigantisches schwarzes Loch befindet.