Forschung & Entwicklung

Mikro Mono-Treibmittel Schubdüse

Die relative Einfachheit der Monotreibmittel Schubdüse eröffnet einen relativ großen Nischenmarkt für ihre Anwendung. Der Gebrauch von nur einem Zuteilungssystem ist nicht nur ein Treibfaktor in der Reduzierung von Systemkosten sondern resultiert auch in Volumen- und Masse-Einsparungen welche ihre geringere Leistung, verglichen mit Bipropellant Systemen, kompensieren. Außerdem wandelt sich reduzierte Systemkomplexität in höhere Verlässlichkeit und operative Logistik um.

AIT entwickelt in Kooperation mit der European Space Agency (ESA) eine Monotreibmittel Schubdüse basierend auf "grünen Treibmitteln". Das Treibmittel (Hydrogen-Peroxid 87,5%) ist nicht toxisch und nicht kanzerogen und vermeidet so die logistische Komplexität, die hohe Entwicklung und die operativen Kosten von vergleichbaren Hydrazinsystemen.

Für Schubdüsen-Tests und Durchführungsauswertung entwickelt AIT eine Testeinrichtung welche Schubdüsen-Tests unter atmosphärischen Bedingungen erlaubt. Die Testanalage verbindet eine computergesteuerte Hochgeschwindigkeits-Datenakquisition und eine hypermoderne Messtechnik-Technologie. Die Testanlage beinhaltet noch dazu eine Schubkraftwaage (thrust balance) dienlich für die Auswertung der Schubkraft im Bereich 5 bis 5000 mN mit einer Genauigkeit von ± 1,5 mN.

Basierend auf einem hochentwickelten Aufbau monolythischer Katalysatoren, erreicht das derzeitige System Wirkungsgrade zwischen 95 und 99%. Die Schubkraft-Levels, die derzeit erzeugt werden, liegen im Bereich zwischen 150 mN und 900 mN mit einem präzisen Unterdruckimpuls von mehr als 150 s. Die große Erfahrung, die AIT mit solchen Systemen erlangt hat, erlaubt jedoch eine leichte Hochskalierung zu höheren Schubkraft-Levels. Aufgrund des detaillierten themischen Aufbaus der Schubdüse braucht man kein Vorheizsystem. Dies zusammen mit dem geringfügigen Druck sinkt über dem Katalysator (0,4 bar im Vergleich zu 5-10 bar in vergleichbaren Hydrazine Schubdüsen), ferner vereinfacht es die Systeme und erhöht die Attraktivität für kleine Satelliten mit ihrem limitierten Masse- und Leistungsbudget.

Vorgesehene Anwendungen des AIT Monopropellant Thrusters inkludiert unter anderem ein fein- Anspitzen (Formation flight) für mittlere und große Satelliten und Standpunktkontrollen. Außerdem wird solch ein Sysstem, aufgrund des Gebrauchs eines "grünen Treibmittels", als Kandidat für zukünftige Marslandungen gesehen. Nur die Nutzung "grüner Treibmittel" kann garantieren, dass die Marsatmosphäre nicht mit toxischen Abgasen oder Nitrogen (z.B.: Phoenix Marx Lander welcher Hydrazine Thrusters verwendet) kontaminiert wird. Das Letztere ist wichtig um den Marsboden sicher auf biologische Aktivitäten analysieren zu können, da Nitrogen ein Nebenprodukt darstellt.

Publikationen:

• Scharlemann, C., Schiebl, M., Amsüss, R., Tajmar, M., Miotti, P., Guraya, C., Seco, F., Kappenstein, C., Batonneau, Y., Brahmi, R., and Hunter, C., "Monopropellant Thruster Development: Investigation of Decomposition Inefficiencies", Proceedings of the 3rd International Conference on Green Propellants for Space Propulsion, Poitier, September 2006
  
  
• Scharlemann, C., Schiebl, M., Marhold, K., Tajmar, M., Miotti, P., Kappenstein, C., Batonneau, Y., Brahmi, R., and Hunter, C., "Development and Test of a Miniature Hydrogen Peroxide Monopropellant Thruster", AIAA Joint Propulsion Conference, AIAA-2006-4550, 2006