Forscher Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) und der NASA arbeiten an einem Solarantriebssystem, mit dem Raumschiffe im Weltall noch schneller vorankommen sollen. Dazu müssen sie jedoch sehr nahe an die Sonne heran. Ein sehr hitzebeständiges Metallschild aus dem 3D-Drucker soll das Vorhaben unterstützen und der extremen Hitze standhalten.
Forscher des Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) arbeiten mit der NASA an Technologien für solarbetriebene Raketen. Sie planen ein Solarantriebssystem, das Sonnenwasserstoff erwärmt, diesen durch eine Düse aussprengen und so einen Schub erzeugen kann. Dieser soll die Reise zur Heliopause, dem Rand des Sonnensystems, deutlich beschleunigen, wie das Magazin „WIRED“ berichtet.
Dreimal effizienter als vergleichbare Antriebe
Jason Benkoski, ein Forscher der APL, beschreibt das Solarantriebssystem als dreimal effizienter als derzeit verfügbare konventionelle chemische Antriebe, heißt es in dem Beitrag. Für ihn ist der Metall-3D-Druck eine Schlüsselkomponente für die Herstellung des Hitzeschilds der Rakete. Die Heliopause ist 18 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt. Dort endet der Einfluss der Sonne als Wärmequelle und der interstellare Raum beginnt. Das Sonnensystem haben bisher nur zwei Raumschiffe verlassen und diese benötigten 50 Jahre, um den Rand des Sonnensystems zu erreichen. Das neue Antriebssystem soll das ändern.
Um ein Oberth-Manöver durchzuführen, müsste das Raumschiff sehr nah an der Sonne vorbeifahren. Die Sonne würde dann als Schleuder fungieren, denn ihre Schwerkraft wirkt sie wie ein Kraftmultiplikator. Die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs wird erhöht, wenn es seine Triebwerke abfeuert. Je näher das Raumschiff bei diesem Manöver an die Sonne gelangt, desto schneller wird es.
3D-Druck des Hitzeschilds
Der Solarantrieb wird in ein Hitzeschild des Raumfahrzeugs integriert. Es ist aus schwarzem Kohlenstoffschaum, beschichtet mit weißem, reflektierendem Material. Kommt das Raumschiff an der Sonne vorbei, absorbiert es den emittierten Wasserstoff in das Gefäßsystem seines Schildes. Dort dehnt er sich aus und explodiert aus einer Düse am Ende des Rohrs heraus und erzeugt Schub.
Zweieinhalb Stunden befindet sich das Raumschiff bei Temperaturen um 4.500 Grad Fahrenheit (2.482 Grad Celsius). Neue Materialien sollen dabei helfen, die Wärmeenergie besser zu reflektieren und verhindern, dass heißer Wasserstoff im Schild explodiert. Die Innenseite der Schildkanäle wird außerdem mit besseren Materialien beschichtet. Der 3D-Druck half den Forschern beim Test sehr. Ende nächsten Jahres will die NASA mit der APL ihre Forschungsergebnisse präsentieren. Mit drei Tonnen Schub hat das Unternehmen Skyrora das bisher größte britische Raketentriebwerken vorgestellt.