Einige der besten Dinge in der Wissenschaft sind elegant und einfach. Ein neues Antriebssystem, das in Spanien entwickelt wird, ist beides und könnte dazu beitragen, ein wachsendes Problem mit den Satelliten der Erde zu lösen: die Verbreitung von Weltraummüll.
Forscher der Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) und der Universidad Politécnica de Madrid (UPM) in Spanien patentieren ein neuartiges Antriebssystem für die Umlaufbahn von Satelliten, bei dem weder Treibmittel noch Verbrauchsmaterialien verwendet werden. Das System ist im Grunde ein Haltegurt in Form eines ein paar Kilometer langen und ein paar Zentimeter breiten Aluminiumbandes, das aus dem Satelliten herausragt. Die Forscher nennen es eine Weltraumbindung.
„Dies ist eine disruptive Technologie, da man damit Orbitalenergie in elektrische Energie umwandeln kann und umgekehrt, ohne Verbrauchsmaterial zu verwenden.“ - Gonzalo Sánchez Arriaga, UC3M.
Die leichte Weltraumbindung wird während des Starts aufgerollt und sobald sich der Satellit im Orbit befindet, wird er eingesetzt. Nach dem Einsatz kann das Band entweder Elektrizität in Schub oder Schub in Elektrizität umwandeln. Die spanischen Forscher dahinter sagen, dass die Raumbindungen paarweise verwendet werden.
Das System basiert auf einem sogenannten „Low-Work-Function“ -Band. Eine spezielle Beschichtung des Haltegurts hat die Elektronenemissionseigenschaften beim Empfang von Sonnenlicht und Wärme verbessert. Diese besonderen Eigenschaften ermöglichen es auf zwei Arten zu funktionieren. "Dies ist eine disruptive Technologie, da man damit Orbitalenergie in elektrische Energie umwandeln kann und umgekehrt, ohne Verbrauchsmaterial zu verwenden", sagte Gonzalo Sánchez Arriaga, Forscher von Ramón y Cajal in der Abteilung für Bioingenieurwesen und Luft- und Raumfahrttechnik an der UC3M.
Wenn ein Satellit an Höhe verliert und sich der Erde nähert, wandelt der Haltegurt diesen durch die Schwerkraft verursachten Schub in Elektrizität um, die die Raumfahrzeugsysteme nutzen können. Wenn es um umlaufende Einrichtungen wie die Internationale Raumstation (ISS) geht, könnte dieses Haltesystem ein lästiges Problem lösen. Jedes Jahr muss die ISS eine erhebliche Menge Treibmittel verbrennen, um ihre Umlaufbahn aufrechtzuerhalten. Das Seil kann Elektrizität erzeugen, wenn es sich der Erde nähert, und diese Elektrizität könnte das Treibmittel ersetzen. „Mit einem Low-Work-Funktionsseil und der vom Solarpanel der ISS bereitgestellten Energie könnte der Luftwiderstand ohne den Einsatz von Treibmittel ausgeglichen werden“, sagte Arriaga.
"Im Gegensatz zu aktuellen Antriebstechnologien benötigt das Low-Work-Funktionsseil kein Treibmittel und nutzt natürliche Ressourcen aus der Weltraumumgebung wie das Erdmagnetfeld, das ionosphärische Plasma und die Sonnenstrahlung." - Gonzalo Sánchez Arriaga, UC3M.
Bei Satelliten mit ausreichender Bordleistung würde der Haltegurt umgekehrt arbeiten. Es würde Elektrizität verwenden, um dem Raumschiff Schub zu verleihen. Dies ist besonders nützlich für Satelliten gegen Ende ihrer Lebensdauer. Anstatt lange Zeit als Weltraummüll in der Umlaufbahn zu liegen, könnte der verfallene Satellit gezwungen sein, wieder in die Erdatmosphäre einzudringen, wo er harmlos verbrennen würde.
Das Space-Tie-System basiert auf dem sogenannten Lorentz-Drag. Der Lorentz-Widerstand ist ein elektrodynamischer Effekt. (Elektrodynamik-Enthusiasten können hier alles darüber lesen.) Ich werde nicht zu tief darauf eingehen, weil ich kein Physiker bin, aber die spanischen Forscher schlagen vor, dass der Lorentz-Widerstand leicht beobachtet werden kann, wenn ein Magnet durch ein Kupferrohr fällt . Hier ist ein Video.
Weltraumorganisationen haben Interesse an der Leine mit geringer Arbeitsfunktion gezeigt, und das spanische Team informiert Experten in den USA, Japan und Europa. Der nächste Schritt ist die Herstellung von Prototypen. „Die größte Herausforderung ist die Herstellung, da der Haltegurt sehr spezifische optische und Elektronenemissionseigenschaften aufweisen sollte“, sagt Sánchez Arriaga.
Das spanische Ministerium für Wirtschaft, Industrie und Wettbewerbsfähigkeit hat dem spanischen Team einen Zuschuss zur Untersuchung von Materialien für das System gewährt. Das Team hat außerdem dem FET-Open-Konsortium der Europäischen Kommission einen Vorschlag zur Finanzierung vorgelegt. „Das FET-OPEN-Projekt wäre grundlegend, da es die Herstellung und Charakterisierung des ersten Haltegurts mit geringer Arbeitsfunktion und die Entwicklung eines auf dieser Technologie basierenden Deorbit-Kits für eine zukünftige Weltraummission in Betracht zieht. Wenn es finanziert würde, wäre es ein Sprungbrett in die Zukunft von Bändern mit geringer Arbeitsfunktion im Weltraum “, schloss Sanchez Arriaga.
In diesem Video erklärt Gonzalo Sanchez Arriaga, wie das System funktioniert. Wenn Sie kein Spanisch sprechen, aktivieren Sie einfach die Untertitel.
