Projekt Nr. 102

Dr.-Ing. Henrike Jakob, Yonghun Lee
Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Maschinenbau, Fachgebiet Gasturbinen, Luft- und Raumfahrtantriebe

 

Viele CubeSats verfügen über kein zusätzliches Antriebssystem und kein Manöver zum Verlassen der Umlaufbahn, was zu einer Zunahme des Weltraummülls führt. Dies stellt ein erhebliches und andauerndes Risiko für Astronauten, Betriebssatelliten und zukünftige Satellitenmissionen dar. Daher besteht die Notwendigkeit, kompakte Antriebssysteme für CubeSats zu entwickeln, um Bahnkorrekturen im Falle einer möglichen Kollision mit vorhandenem Weltraumschrott oder gezielte Manöver zum Verlassen der Umlaufbahn am Ende der Mission durchzuführen. Dies erfordert die Entwicklung flexibler Antriebssysteme unter Verwendung ungiftiger Treibstoffe, um eine nachhaltige Raumfahrtindustrie zu ermöglichen. Im Rahmen dieses Projekts wird eine neue Zündungstechnologie erforscht und entwickelt, um insbesondere die Zündung von umweltfreundlichen Treibstoffen für Satellitenantriebe mit Hilfe einer katalysatorkombinierten Kaltplasmazündung zu erreichen.

Ziel des Projekts

Das Hauptziel des Projekts ist es, Einblicke in die Nutzung der katalysator-gekoppelten Kaltplasmazündung für Raumfahrtantriebe mit nachhaltigen Treibstoffen zu gewinnen. Die folgenden Schlüsselaspekte sollen in dieser Studie untersucht werden:

• Einfluss der Katalysatormaterialien auf die Ausbreitung und Intensität des Plasmas
• Verbesserung der Zündfähigkeit durch die katalytisch-kalte Plasmazündung unter verschiedenen Betriebs- und Umweltbedingungen
• erforderliche Zündenergie für die katalysatorkombinierte Kaltplasmazündung von grünen Treibstoffen für nachhaltige Raumfahrtantriebe

Projektplan

Der erste Schritt besteht darin, verschiedene Konfigurationen von Katalysator-Kaltplasma-Zündsystemen zu entwerfen und herzustellen. Das Schlüsselwort für diesen Schritt sind kleine, miniaturisierte Zündsysteme mit unterschiedlichen Elektrodengeometrien. In einem nächsten Schritt sollen das Hochspannungssignal und eine geeignete Diagnostik für die Studie bereitgestellt werden. Dazu gehört eine Parameterstudie der Elektrodenkonfigurationen unter atmosphärischen und Vakuumbedingungen. Auf der Grundlage der Ergebnisse der Parameterstudie werden die optimierten Konfigurationen als Zündsystem in einer miniaturisierten Brennkammer implementiert. Dies ermöglicht die Validierung der Zündfähigkeit des Zündsystems in einer realen Brennkammer. Schließlich wird die Effizienz der mit einem Katalysator kombinierten Kaltplasmazündung quantifiziert.