Forschung & Entwicklung

Micro Bi-Propellant Thruster

Sowohl der Trend zu kleineren Satelliten also auch die Nachfrage nach Feineinstellungen für große Satelliten fordern die Entwicklung von Antriebssystemen, welche diese neuen und schwierigen Aufträge unterstützen. Die Kombination der Anforderungen wie: System minimiert Masse und Volumen, Beschleunigungskraft im niedrigen einstelligen Newton Bereich und hohe korrekte Impuls-Bits, können nur mit einem miniaturisierten chemischen Antriebssystem befriedigt werden.

Um diese Nachfrage nach zukünftigen Weltall-Missionen zu lösen, entwickelt AIT ein "Biopropellant Thruster" System in Kooperation mit der European Space Agency (ESA). Das System in der Entwicklung basiert auf dem Gebrauch der "green propellants" mit Hydrogen Peroxid (87,5%) als Oxidationsmittel. Etliche "grüne" Brennstoffe wie Ethanol und Kerosin werden erforscht. Der Gebrauch von "grünen Treibmitteln", das heißt Treibmittel mit keinen oder geringfügigen giftigen oder canzerogenen Risiken, haben etliche aussagekräftige Vorteile. Neben den offensichtlichen Vorteilen für die Gesundheit, für jeden der ein Antriebssystem, welches mit einem grünen Treibmittel arbeitet, bedient, hat man auch gesehen, dass der Gebrauch von grünen Treibmitteln auf bedeutende finanzielle Einsparungen hinausläuft, sowohl in der Entwicklung als auch im Betrieb.

Der "Bipropellant Thruster" entwickelt von AIT (siehe Abb. 1) kombiniert etliche einzigartigen Eigenschaften wie z.B.: hochentwickelte monolythische Katalysatoren, eine "Swirler" Düse (siehe Abb. 1, oben links), ein regenerierbares Kühlsystem (siehe Abb.1, oben links) und eine miniaturisierte Verbrennungskammer (2,6 cm³). Die Dekompositionskammer welche den Sauerstoff für die Hauptverbrennung liefert basiert auf dem Design, welches für die Monopropellant Thrusters entwickelt wurde, und inkludiert den monolythischen Katalysator (Link: Monopropellant Thruster)

Abb. 1: AIT Bipropellant showing details of the injector and cooling system

Viele Labormodelle wurden in der chemischen Antriebs- Test- Einrichtung von AIT hergestellt und gestestet (siehe Abb. 2,3). Die erfolgreichen Tests haben gezeigt, dass die betriebssichere Entzündung und Verbrennung in dieser kleinen Größe, wie sie in den AIT Biopropellant Thrusters verwendet werden, in der Tat möglich sind. Dieser Erfolg macht den AIT Biopropellant Thruster zum kleinsten System dieser Art, welches mit einem grünen Treibmittel arbeitet.

Abb. 2: Bipropellant thruster assembled in the test facility

Außerdem haben Analysen gezeigt, dass die Arbeitsleistung des gegenwärtigen Systems sehr kompatibel mit bereits existierenden Systemen ist (siehe Auflistung). Die Entwicklung geht weiter und die Verifizierung der Daten, die in dem Table gezeigt werden, werden höchstwahrscheinlich in der nahen Zukunft erhältlich sein.

Auflistung: AIT Micro Bi-Propellant Thruster

Schubkraft	1.7 -1.9 N
Masse- Brennstoff-Oxidationsmittel-Leistung der Schubdüse	290 – 330 s
spezifischer Impuls (Vakuum)	<100 g

Aufgrund der erfolgreichen Tests, wurde eine parallele Entwicklung eines Entzündungssystems initialisiert, welche auf der Bipropellant Thruster Technologie basiert ("green propellants", hochentwickelte monolythische Katalysatoren). Eine erste Systemstudie eines solchen Entzündungssystems wird in Abb.: 3 gezeigt.

Abb. 3: AIT system study of an ignition system for large scale chemical propulsion systems

Recent Publications:

• Scharlemann, C., Schiebl, M., Marhold, K., Tajmar, M., Miotti, P., Guraya, C., Seco, F., Kappenstein, C., Batonneau, Y., Brahmi, R., and Lang, M., "Test of a Turbo-Pump Fed Miniature Rocket Engine", AIAA Joint Propulsion Conference, AIAA-2006-4551, 2006
  
  
• Brahmi, R., Batonneau, Y., Kappenstein, C., Miotti, P., Tajmar, M., Scharlemann, C., and Lang, M., "Ceramic Catalysts for the Decomposition of H2O2. Influence of the Wash-Coat Procedure and the Active Phase", 8th International Hydrogen Peroxide Propulsion Conference, Purdue University, 18-21 Sept, 2005
  
  
• Scharlemann, C., Marhold, K., Tajmar, M., Miotti, P., Guraya, C., Seco, F., Soldati, A., Campolo, M., Perennes, F., Marmirolo, B., Brahmi, R., Kappenstein, C., and Lang, M., "Turbo-Pump Fed Miniature Rocket Engine", AIAA Joint Propulsion Conference, AIAA-2005-3654, 2005