Kleine Mini-Satelliten, sogenannte CubeSats, sind hervorragend für Missionen geeignet, bei denen ein richtiger Satellit einfach Overkill wäre. Sie sind günstig und kompakt und haben dennoch beeindruckende Fähigkeiten. Jedoch hat diese Satelliten-Art auch ihre Limitierungen. So haben CubeSats kein eigenes Antriebssystem. Sie werden im Rahmen „richtiger“ Satellitenstarts in eine Erdumlaufbahn gebracht. Wenn sie diese einmal erreicht haben, gibt es keine Möglichkeit mehr, auf den Kurs des CubeSats Einfluss zu nehmen. Forscher der Pordue University haben nun ein Antriebssystem entwickelt, das es den Mini-Satelliten erlauben würde, mittels eines Wasserstrahls den Kurs zu ändern.


Bild: Purdue University/Erin Easterling

Vortrieb mit Wasserdampf

Das System wurde an einem Prototyp-Satelliten erprobt, der ein Volumen von etwa 10 cm³ und ein Gewicht von 2,8 kg hat. Die Forscher packten den Prototypen voller Elektronik, die normalerweise in Geräten für das Internet der Dinge zum Einsatz kommt. Ein kleiner Computer empfängt Anweisungen, die von einem Steuersystem umgesetzt werden. Der eigentliche Star des Ensembles ist aber das Antriebssystem, das die Forscher auf den Namen Film-Evaporation MEMS Tunable Array (FEMTA) Thruster tauften. In dem Prototyp waren vier dieser FEMTA-Thruster verbaut.

In jede dieser Antriebseinheiten wurde ein Teelöffel destilliertes Wasser gefüllt. Der Tank der Einheit ist mit Kapillaren durchsetzt, die etwa 10 Mikrometer Durchmesser haben. Aufgrund der Oberflächenspannung des Wassers kann dieses nicht von selber aus den Kapillaren austreten. Dazu wird das Wasser mit kleinen Heizeinheiten an den Ausgängen der Kapillaren in Wasserdampf umgewandelt, welcher dann stoßartig aus der Einheit austritt und eine Drehbewegung des Satelliten auslöst.


12 Thruster für volle Manövrierfähigkeit

Wasser ist eine hervorragende Wahl als Antriebsmittel, da es nicht nur günstig und in großen Mengen verfügbar ist, sondern auch kein großes Unfallrisiko birgt. Das FEMTA-System ist außerdem extrem energieeffizient. Beim Test in einer Vakuumkammer entwickelte der FEMTA CubeSat einen Vortrieb von 230 Mikronewtons pro Watt bei einem 80-sekündigen Schub.

„This is a very low power. We demonstrate that one 180-degree rotation can be performed in less than a minute and requires less than a quarter watt, showing that FEMTA is a viable method for attitude control of CubeSats“, so Alina Alexeenko, die das Projekt leitet.

Der Prototyp nutzt insgesamt vier FEMTA-Einheiten, die eine Rotation um eine Achse erlauben. Ein CubeSat im Orbit müsste mit 12 FEMTA-Thrustern ausgestattet werden, um volle Manövrierfähigkeit sowie kleine Kurskorrekturen zu ermöglichen. Der Einsatz des Antriebssystems in einer echten Weltraum-Mission ist das nächste Ziel es Teams.

via Purdue University

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