Forscher der Tohoku Universität in Japan haben ein neuartiges Plasma-Antriebssystem entwickelt, das eine vielversprechende Lösung für das wachsende Problem des Weltraumschrotts in der niedrigen Erdumlaufbahn (LEO) darstellt. Diese Technologie zielt darauf ab, gefährliche Trümmer sicher zu deorbitieren und somit Kollisionsrisiken für aktive Satelliten und die Internationale Raumstation (ISS) zu minimieren.
Die Anhäufung von ausgedienten Satelliten, Raketenstufen und kleineren Fragmenten in LEO stellt eine erhebliche Bedrohung dar, da Objekte, die sich mit Geschwindigkeiten von über 7 km/s bewegen, bei einer Kollision katastrophale Schäden verursachen können. Dieses Szenario, bekannt als Kessler-Syndrom, beschreibt eine Kaskade von Kollisionen, die durch die zunehmende Dichte von Objekten ausgelöst wird und die Anzahl des Weltraumschrotts exponentiell ansteigen lässt. Die Abhängigkeit der modernen Gesellschaft von satellitengestützten Diensten wie Navigation, Kommunikation und Wettervorhersage unterstreicht die Dringlichkeit, dieses Problem anzugehen.
Kazunori Takahashi, außerordentlicher Professor an der Graduate School of Engineering der Tohoku Universität, hat ein "bidirektionales, plasma-ejektionsartiges, elektrodenloses Plasma-Triebwerk" entwickelt. Dieses System zeichnet sich durch die Ausstoßung von Plasmaströmen in zwei entgegengesetzte Richtungen aus: ein Strahl zielt auf das Zieltrümmerstück, während der andere Strahl im entgegengesetzten Sinn ausgestoßen wird. Diese Konfiguration gleicht die Reaktionskräfte aus, sodass das Trümmerbeseitigungs-Raumfahrzeug seine Position beibehalten kann, während es eine abbremsende Kraft auf das Ziel ausübt. Dies stellt einen Fortschritt gegenüber früheren Konzepten dar, bei denen die Rückstoßkraft das eigene Raumfahrzeug beeinträchtigte und zwei separate Antriebssysteme erforderlich waren.
Die berührungslose Natur dieser Methode ist ein entscheidender Vorteil gegenüber Ansätzen wie Greifarmen oder Netzen, die das Risiko von Verwicklungen und Destabilisierungen des oft unvorhersehbar taumelnden Weltraumschrotts bergen. In Laborexperimenten hat das Triebwerk eine abbremsende Kraft von etwa 25 Millinewton (mN) bei einer Eingangsleistung von 5 Kilowatt (kW) gezeigt. Diese Leistung liegt nahe an den geschätzten 30 mN, die benötigt werden, um ein 1-Tonnen-Trümmerstück von einem Meter Klasse innerhalb von 100 Tagen zu deorbitieren. Die Möglichkeit, Argon als Treibstoff zu verwenden, anstelle des teureren Xenons, das in vielen aktuellen Ionentriebwerken eingesetzt wird, könnte die Kosteneffizienz und die Nutzlastkapazität für solche Missionen weiter erhöhen.
Plasmaantriebe sind ein sich entwickelndes Feld der Raumfahrttechnologie mit einer langen Geschichte, beginnend mit gepulsten Plasmatriebwerken (PPTs) in den 1960er Jahren. Aktuelle Forschungen umfassen auch magnetoplasmadynamische (MPD) Antriebe. Neben dem Ansatz der Tohoku Universität gibt es weitere Bemühungen zur aktiven Trümmerbeseitigung, wie die ClearSpace-1-Mission der ESA. Die Herausforderungen für die praktische Anwendung des neuen Triebwerks liegen in der Skalierbarkeit und der Zuverlässigkeit im Weltraum, weshalb weitere Tests in großen Vakuumkammern und schließlich im Orbit unerlässlich sind.
Die Entwicklung des bidirektionalen Plasma-Triebwerks markiert einen bedeutenden Fortschritt im Bereich der aktiven Trümmerbeseitigung. Wenn diese Technologie erfolgreich implementiert wird, könnte sie eine skalierbare, sichere und kostengünstige Lösung zur Eindämmung der wachsenden Bedrohung durch Weltraumschrott bieten und somit die Nachhaltigkeit menschlicher Aktivitäten im Weltraum für zukünftige Generationen gewährleisten.