Physik und Technik von Radiofrequenz‐Ionentriebwerken: Mit höchster Effizienz durchs Weltall

Die um Größenordnungen höhere Treibstoffeffizienz elektrischer Weltraumantriebe gegenüber chemischen motiviert deren Nutzung für die Lage‐ und Bahnstabilisierung, für Spiralflüge auf höhere Orbits (orbit raising) sowie für interplanetare Raumflüge. Ganz besonders hohe Effizienz bieten Radiofrequenz‐Ionentriebwerke (RIT), da sie den Schub über Ionen eines Plasmas erzeugen, die in einem elektrostatischen Feld sehr stark beschleunigt werden. Dieser Artikel beschreibt die grundlegenden physikalischen Zusammenhänge innerhalb dieser Triebwerke, die zu einer hocheffizienten, feinst dosierbaren Schubgenerierung beitragen. Weiterhin wird eine ganzheitliche Betrachtung des Antriebssystems geliefert, indem besonders auf den energieeinspeisenden Radiofrequenz‐Generator (RFG), der maßgeblich den Gesamtwirkungsgrad des Antriebssystems definiert, eingegangen wird. Als forschungsintensiver Ausblick werden alternative Treibstoffe zur Bereitstellung des notwendigen Plasmas diskutiert, welche die Kostenbilanz einer Mission erheblich begünstigen könnten. Physics and Technological Aspects of Radio‐Frequency Ion Thrusters Electric space propulsion devices offer a propellant utilization efficiency orders of magnitude higher than chemical ones. This, among other benefits, motivates the usage of electric propulsion for station keeping, attitude and orbit control, orbit raising and interplanetary deep space missions. In particular, radio‐frequency ion thrusters (RIT) offer even higher efficiency than comparable electric thrusters. This is mainly due to electrostatically generated thrust in RITs which is decoupled from plasma generation which again is ultimately necessary for the production of thrust‐generating requency Ion Thrusters ions. This article gives insight into basic physical processes that occur within the thrusters' discharge vessels which lead to highly efficient, highly resolvable thrust generation. Furthermore, a more general systems engineering observation of the complete thruster system is given with special respect to the radio‐frequency generator (RFG) which is essential to take into account when speaking of overall efficiency. Finally, an overview on alternative propellants to possibly increase cost efficiency of a particular mission is proposed.