TEIL C

Alternative Antriebe in der Raumfahrt (5)

Im Mai 2015 werden von der NASA im Rahmen des NIAC-Programms 15 neue Projekte zur näheren Auswahl bestimmt, zu denen auch ein Robo-Tintenfisch der Cornell University gehört, der die Tiefen des Jupitermondes Europa erforschen soll (...ja, genau den, den wir laut dem SF-Roman bzw. -Film 2001 nicht besuchen dürfen...). Das Glenn Research Center will wiederum eine U-Boot-Drohne auf den Saturn-Mond Titan bringen.

Ein von der Firma ICS Associates Inc. eingereichtes Projekt betrifft das sogenannte Optical Mining, bei dem mit konzentrierten Sonnenstrahlen das zu Eis gefrorene Wasser von erdnahen Asteroiden abgeschmolzen und in aufblasbaren Säcken eingefangen werden soll.

Nach mehreren Monaten des Sammelns, in denen das Asteroid Provided In-Situ Supplies (APIS) genannte Projekt schätzungsweise 100 Tonnen Wasser als festes Eis ernten kann, soll die Sonde einen solarthermischen Antrieb nutzen, um in einen Orbit um den Mond einzuschwenken. Dort kann das Wasser bei einem Rendezvous einem anderen Raumfahrzeug übergeben werden, welches das Wasser in wertvolle Ressourcen umwandeln würde, beispielsweise zu Trinkwasser, zu Sauerstoff, zu einem Element für Raketentreibstoff oder auch in eine Form zur Strahlungsabschirmung.

Im Juli folgt die Meldung, daß sich das Feld der Bewerber zwischezeitlich auf sieben verringert hat, unter denen sich das Konzept TransFormer des Jet Propulsion Laboratory befindet, bei dem Heliostaten verwendet werden sollen, um Roboter, die in dunklen Bereichen des Mondes unterwegs sind, wie z.B. dem Shackleton-Krater am Mond-Südpol, mit reflektiertem Sonnenlicht zu betreiben. Dort sollen dann ganze Armeen von Rovern Grabungen und Laboranalysen durchführen, um hier langfristig einen Produzenten von flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff für die Betankung interplaneter Reisen zu etablieren.

Im Juli 2015 berichtet die in Colorado beheimatete Firma Escape Dynamics, die 2010 von Richard F. Schaden und einem Wissenschaftler-Team des California Institute of Technology unter der Leitung von Dr. Dmitriy Tseliakhovich gegründet worden war, daß sie ihr neuartiges Antriebssystem erfolgreich getestet habe.

Dabei handelt es sich um ein extern angetriebenes, verbrennungsfreies Schubtriebwerk für Raumfahrtzeuge, das Mikrowellen-Energie mit hoher Leistung und einer Frequenz von 92 GHz verwendet. Der Raumgleiter wird dabei mit Wasserstoff betrieben, welcher aber nicht verbrannt, sondern nur aufgeheizt und dann durch eine Düse ausgestoßen wird, um den Vortrieb zu produzieren. Die Energie dafür wird durch die Mikrowellen auf den Raumgleiter übertragen.

Dazu soll auf dem Boden ein etwa 1 km² großes Feld aus mehreren Hundert Mikrowellen-Parabolantennen mit jeweils 8 – 12 m Durchmesser errichtet werden. An der Unterseite des Raumfahrzeugs ist wiederum ein aus Keramik bestehender, mehrere Quadratmeter großer Absorber angebracht, der die Mikrowellen absorbiert, umwandelt und den Wasserstoff auf über 2.000°C erhitzt.

Der Raumgleiter von Escape Dynamics soll wie eine Rakete starten, die Antennen werden auf den Absorber auf der Unterseite konzentriert und nach dem Start nachgeführt. Wegen des hohen Energiebedarfs der Mikrowellenantennen in der Startphase, besitzt die Bodenstation einen großen Pufferakku, der vor jedem Start entweder über das Stromnetz oder mit Hilfe von erneuerbaren Energien aufgeladen wird.

Ist die Satelliten-Nutzlast im Orbit ausgesetzt, tritt er wieder in die Erdatmosphäre ein und landet anschließend wie ein Flugzeug. Zurück an der Abschußrampe wird das Raumflugzeug auf getankt und ist bereit für die nächste Mission. Das erste Raumschiff soll eine Nutzlast von maximal 200 kg haben und selbst nur rund 800 kg wiegen. Dabei soll es etwa 3,5 Tonnen Wasserstoff mitführen.

Im Jahr 2013 wird die Innovation mit dem Autodesk Innovation Award ausgezeichnet, und 2014 stellt das Unternehmen seine Vision auf dem ,Solve for X’-Gipfel von Google vor.

Bei dem nun erfolgten Versuch des Prototyp-Triebwerks wird eine komplette Antriebssequenz durchgeführt: Ein Gyrotron wandelt elektrischen Strom in Mikrowellen um, die über eine Antenne auf ein Triebwerk gestrahlt werden. Die auftreffenden Strahlen werden von einem Wärmetauscher in Schub verwandelt, der mehr als 90 % der eingehenden Mikrowellenenergie aufnimmt.

Das vielversprechende Ergebnis des Tests zeigt eine Leistung, welche die der konventionellen chemischen Verbrennungsraketen um etwa 10 % übertrifft. Durch die Umsetzung dieser Technologie könnten einstufige und wiederverwendbare Orbital-Raumflugzeuge auf den Markt gebracht werden, die in Flugzeug-ähnlichen Operationen die Kosten für den Zugang zum All drastisch verringern – die Rede ist von 150 $/kg Nutzlast.

Für die folgende F&E-Phase bis zum ersten suborbitalen Flug werden etwa 200 Mio. $ benötigt, während die Gesamtkosten, um das System bis zu vollen Orbitalflügen zu skalieren, auf etwa eine Milliarde Dollar geschätzt werden.

Ende des Jahres 2015 stellt die Escape Dynamics allerdings ihre Geschäftstätigkeit ein, da es nicht gelungen war, eine ausreichende Finanzierung zu beschaffen. In einer kurzen Erklärung auf der Website des Unternehmens ist zu lesen, daß das Konzept momentan ökonomisch unattraktiv sei.

Presseberichten vom September 2015 zufolge hat der australische Student Patrick ,Paddy’ Neumann von der University of Sydney im Rahmen seiner Dissertation einen neuartigen Ionen-Antrieb entwickelt, der effizienter arbeitet als alle bisher genutzten Technologien, einschließlich des HiPEP (s.o.). Beim Vergleich des spezifischen Impulses, genauer gesagt der Dauer des Schubs, wenn 1 kg Treibstoff verbrannt wird, erreicht der HiPEP Spitzenwerte von 9.600 Sekunden, während Neumanns Antrieb mit 14.960 Sekunden, also über 4 Stunden, rund 50 % effektiver ist.

Durch den geringen Verbrauch des neuen Antriebs, der sich noch in der experimentellen Phase befindet, könnte eine Rakete mit nur einer Tankfüllung des richtigen Treibstoffs zum Mars und zurück fliegen. Mit Magnesium betrieben wäre der Rote Planet in zwei Jahren erreicht, mit Molybdän bereits in 10 Monaten. Daneben sollen sich aber auch andere Materialen nutzen lassen - von Kohlenstoff aus recycelten menschlichen Abfällen bis hin zu Aluminiumschrott (beispielweise aus Weltraummüll).

Neumann hatte schon im April 2012 den Postgraduiertenpreis Australia Asia Award des Premierminister gewonnen und ist anschließend an die City University of Hong Kong gegangen, um dort in der großen Vakuumkammer gepulste Plasma-Raumfahrzeug-Antriebssysteme zu testen und seinen Doktor der Physik zu machen. Inzwischen hat er auch ein Patent auf seine Idee angemeldet und im australischen Brompton das Unternehmen Neumann Space gegründet.

Im nächsten Schritt soll nun die Finanzierung auf sichere Beine gestellt werden, um die Erforschung und Entwicklung des Antriebs weiter vorantreiben zu können. Im September 2016 wird gemeldet, daß der Antrieb im kommenden Jahr auf der ISS getestet werden soll. Von weiteren Umsetzungen ist bislang nichts bekannt.

Im Oktober 2015 folgt die Meldung, daß Wissenschaftler am französischen Centre national de la recherche scientifique (CNRS) um Julien Vaudolon eine Lösung gefunden haben, um Hall-Triebwerke auch für lange Raummissionen geeignet zu machen. Das bislang bestehende Problem dabei sind nicht die Anode, die Kathode oder gar die Ionen, sondern der Behälter, in dem sie sich befinden. Die Röhre selbst gibt nämlich Elektronen ab und wird auch von Ionen getroffen und degradiert. Alles in allem kann man etwa 10.000 Betriebsstunden aus einem Hall-Triebwerk herausholen, was nicht annähernd genug für die tiefe Weltraumforschung oder den Weg zum Mars ist.

Die Forscher entscheiden sich deshalb dafür, die Röhre zu entfernen. Das erste Design (links) ist ein Mißerfolg. Die rote Anode sollte an der Wand ausgerichtet sein, die Xenon emittiert. Stattdessen liegt sie im magnetischen Feld, so daß Elektronen darauf landen und die Leistung reduzieren. Das neue Design (oben rechts) zeigt die kleine Veränderung, die es der Anode ermöglicht, sich vom Feld zu befreien.

Die zufriedenstellende Leistung des PPS-Flex genannten 1,5 kW Triebwerks, das aber noch weiter optimiert werden soll, könnte den Weg zur Entwicklung eines hocheffizienten, wandlosen Hall-Triebwerks ebnen und zudem die Menge des benötigen Treibstoffs deutlich reduzieren.

Im Dezember 2015 schlagen Lei Lan und seine Ingenieurkollegen von der Tsinghua University in Peking eine neue Lösung für das Problem des Weltraummülls vor. Ihre Idee ist, einen Motor zu bauen, der Weltraummüll in Treibstoff umwandelt und so fast unbegrenzt manövrieren kann, während er den Schrott aufmischt (,Debris Engine: A Potential Thruster for Space Debris Removal’).

Weltraummüll ist ein drängendes Problem für die Erde-umkreisende Raumfahrzeuge, und es könnte deutlich schlechter werden. Wenn die Dichte des Mülls eine gewisse Schwelle erreicht, prognostizieren die Analysten, daß die durch Kollisionen verursachte Fragmentierung eine Kettenreaktion auslösen wird, die den Himmel mit einer immer größeren Zahl von Fragmenten füllen wird. Nach einigen Schätzungen konnte dieser Prozeß bereits im Gange sein. Eine extrem beschleunigte Variante davon ist in dem 2013 erschienenen Film Gravity mit Sandra Bullock und George Clooney zu sehen.

Der reale Hintergrund ist eine Hochgeschwindigkeitskollision im Februar 2009, als der Kommunikationssatellit Iridium 33 plötzlich verstummt. Das U.S. Space Surveillance Network berichtet in den darauffolgenden Stunden, daß es zwei große Trümmerwolken verfolgt – eine von dem Iridium, und eine andere, die von dem stillgelegten russischen Kommunikationssatelliten Kosmos-2251 stammt. Es ist das erste (bekannte) mal, daß so etwas zwischen Satelliten passiert, und als Ergebnis entstehen über 1.000 Fragmente, die größer als 10 cm sind, und eine noch viel größere Anzahl kleinerer Stücke – eine tödliche Wolke, die sich um den ganzen Planeten ausbreitet.

Eine offensichtliche Lösung ist, Wege zu finden, diese Trümmer zu entfernen. Einige Möglichkeiten wurden schon gestreift. Die neue, grundsätzlich einfache Idee des chinesischen Teams basiert darauf, daß bei einer ausreichend hohen Temperatur jedes Element in ein Plasma von positiven Ionen und Elektronen verwandelt und dann als Treibstoff verwendet werden kann, indem man es durch ein elektrisches Feld beschleunigt.

Die Details sind allerdings komplexer. Insbesondere die Aufgabe, den Müll in ein nutzbares Plasma zu verwandeln, ist nicht ganz einfach. Lei und sein Team konzentrieren ihre Bemühungen auf Trümmer, die kleiner sind als 10 cm. Ihre Idee ist es, diese mit einem Netz einzufangen und dann in eine Kugelmühle zu speisen, in der sie zu Pulver in Mikrometergröße oder kleinere zermahlen werden. Dieses Pulver wird anschließend stark erhitzt und in ein System eingespeist, das positiv geladene Ionen von negativ geladenen Elektronen trennt.

Die positiven Ionen passieren dann in ein starkes elektrisches Feld, das sie beschleunigt und Schub erzeugt, während sie ausgestoßen werden. Die Elektronen werden auch vertrieben, um das Raumfahrzeug elektrisch neutral zu halten. Der eigentliche Schub, den dies hervorbringt, hängt natürlich von der Dichte der Trümmer ab, von der Art des erzeugten Pulvers, der Größe der positiven Ionen usw., was alles schwer zu messen ist.

Und während das Raumfahrzeug keinen Treibstoff mitführen muß, braucht es doch eine starke Energiequelle. Lan et. al. sagen, daß sich hierfür Solar- oder Atomkraft eignen würden, wobei sie aber nicht auf die ernsten Bedenken eingehen, die jedes nuklear angetriebene Raumfahrzeug in der Erdumlaufbahn erzeugen würde. Dennoch bietet die Arbeit Denkanstöße in einem Bereich, in dem neue Ideen dringend benötigt werden, bevor sich die Umlaufbahnen mit noch mehr Trümmern füllen.

Alternative Antriebe können aber auch noch mit ganz anderen Treibstoffen betrieben werden. Im April 2016 glückt beispielsweise im vierten Anlauf der Start einer Forschungsrakete namens ZepHyR vom Weltraumbahnhof Esrange im nordschwedischen Kiruna, die mit Parafin und flüssigem Sauerstoff betrieben wird – einem „Öko-Raketenantrieb der Zukunft“.

Die 80 kg schwere und 3,8 m lange Rakete verfehlt zwar ihr Ziel von 4.000 m Flughöhe, kommt aber immerhin auf 1.500 m – vermutlich, weil das Studententeam der Universität Bremen um den Raketenforscher Peter Rickmers bei diesem Versuch übervorsichtig war und zu wenig Sauerstoff getankt hatte. An dem über das ,STERN’-Programm des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gesponserten Projekt wird seit rund vier Jahre gearbeitet. Dabei wurden 30 Triebwerktests absolviert.

Ebenfalls im April 2016 stellen Prof. Jekan Thanga und Studententeam der Arizona State University (ASU) nach zweijähriger Entwicklungszeit ihren SunCube FemtoSat vor, der mit seinen 3 cm³ noch kleiner als ein Standard-CubeSat ist. Der Würfel wiegt nur noch 35 g, ein längeres Modell von 3 x 3 x 9 cm, das auch Platz für eine Nutzlast bietet, 100 g.

Die aus handelsüblichen Teilen gefertigten FemtoSats verfügen über eigene Kommunikations-, Datenerfassungs- und Antriebssysteme und werden von Solarzellen versorgt, die aus Abfallmaterial der Hersteller zugeschnitten worden sind. Die Kosten dafür, einen FemtoSat zur Internationalen Raumstation zu senden sollen nur 1.000 $ betragen, das Verlassen der Erdanziehung würde geschätzte 27.000 $ kosten.

Das Team arbeitet nun daran, einen Prototyp im nächsten Jahr in die Umlaufbahn zu bekommen, voraussichtlich Huckepack als sekundäre Nutzlast Asteroid Origins Satellite Mission (AOSAT 1). Dies ist übrigens ein CubeSat-Zentrifugenlabor, das sich mit bis zu 4 U/min dreht, um die Milligravitationsbedingungen von Asteroiden mit einem Durchmesser von weniger als 1 km zu simulieren.

Nachdem Luxemburg im Februar 2016 öffentlich verkündet hatte, daß er Europas Drehkreuz für die Förderung und die Nutzung von Ressourcen aus dem Weltraum werden und eindeutige Gesetze für den Weltraumbergbau schaffen will, um Firmen und Investoren anzulocken, wird im Mai bekannt, daß der Kleinstaat eine Partnerschaft mit der 2013 gegründeten US-Firma Deep Space Industries (DSI) eingegangen ist, um in vier Jahren zum ersten Mal Bergbautechniken für Asteroiden im Weltraum zu testen.

Das Weltraumunternehmen DSI, das seinen Sitz schon in Luxemburg hat, wird u.a. mit der Universität Luxemburg zusammenarbeiten, um im Rahmen des Projekts ein Raumfahrzeug zu verwenden, das wichtige Basistechnologien für die erste Mission zur Erforschung von Asteroiden testen soll. Hierfür wird ein Roboter-Raumfahrzeug namens Prospector-X vorgestellt, das schon im nächsten Jahr in die Erdumlaufbahn starten soll. Das Demonstrationsfahrzeug besitzt ein optisches Navigationssystem, ein Avionikkern, der auch intensive Ausbrüche kosmischer Strahlung überstehen kann – sowie ein kleines, patentiertes Triebwerk, das mit Wasser betrieben wird. Leider gibt es noch keine näheren Datails dazu.

Nachdem Prospector-X erfolgreich im erdnahen Orbit geflogen ist, soll sein Nachfolger Prospector-1 schon im Jahr 2020 zu einer Mission auf einen Asteroiden starten.

Übrigens erwägt auch die ebenfalls im Weltraum-Bergbau tätige US-Firma Planetary Resources, zu deren Investoren u.a. der Google-Gründer Larry Page gehört, eine Sitzverlegung in das Großherzogtum. Nach den Plänen der Privatfirma sollen ihre Robotersonden auf Asteroiden landen und dort etwa Platin, Iridium, Palladium und andere Seltene Erden abbauen.

Im August 2016 stellt der kanadische Ingenieur und Angel-Investor Charles Bombardier aus Montreal ein Raumfahrtkonzept vor, mit dem sich das All viel schneller und günstiger bereisen ließe, als mit bisherigen Transportmethoden. Das Teuerste und Schwierigste in der Raumfahrt sind die Beschleunigungs- und Bremsphasen. Sobald das Raumfahrzeug dagegen seine Reisegeschwindigkeit erreicht hat, benötigt es kaum noch Energie um sich zwischen den Himmelskörpern und Raumstationen in unserem Sonnensystem fortzubewegen.

Basierend auf diesen Fakten, hat der Forscher Bombardier das Konzept eines ,Weltraumzug’ namens Solar Express entwickelt, der mittels Raketen in Bewegung gesetzt wird und dann Planeten und Monde umkreist, um von deren Anziehungskraft immer weiter beschleunigt zu werden. Dadurch könnte er letztlich 3.000 km/s erreichen, immerhin 1 % der Lichtgeschwindigkeit. Ein Trip von der Erde zum Mars würde dabei gerade einmal 37 Stunden dauern. Und auch der Neptun wäre innerhalb von 18 Tagen erreichbar, falls der Zug gerade in dieser Richtung unterwegs ist.

Damit die Energie der Beschleunigung nicht verloren geht und man keinen zusätzlichen Treibstoff für Bremsmanöver aufwenden muß, soll der Solar Express niemals anhalten. Stattdessen werden Menschen und Frachtgut mit kleinen Transportkapseln von und zum Solar Express befördert, der aus sechs zylinderförmigen Anhängern besteht, die jeweils rund 50 m lang sind und wiederum aus vier Teilen bestehen, die unabhängig voneinander abgekoppelt werden können und über eigene Antriebe verfügen.

Allerdings müßten die Transportkapseln die gleiche Geschwindigkeit erreichen, was bedeutet: Je schneller der Zug unterwegs ist, desto energieintensiver ist auch jedes Andockmanöver – was auch für das Abbremsen gilt. Der Vorgang wäre aber trotzdem viel günstiger, als den gesamten Zug anzuhalten.

Wohnen würde die Besatzung des Weltraum-Zuges in einer großen Raumstation am Kopf, welche die gesamte Zeit um die eigene Achse rotiert, um künstliche Schwerkraft herzustellen. Interessant wird es bei der Energieversorgung, für die entlang der Flugstrecken riesige Solarkollektoren plaziert werden sollen, die ihre Energie per Laser an den Zug übertragen.

Zwar handelt es sich derzeit mehr um ein abstraktes Konzept als ein tatsächliches Projekt, doch die Idee ist geboren – und vielleicht wächst sie auch.

Eine im September 2016 gestartete Kickstarter-Kampagne der 2008 von Ramesh Kris Nathan und Robert Garcia gegründeten Firma Relativity Research Inc., bei der 25.000 $ zur Entwicklung einer „echten fliegenden Untertasse“ namens Aten eingesammelt werden sollen, die durch das Universum reist, indem sie „die Raumzeit verkürzt“, ohne dabei einen Tropfen Kraftstoff zu verbrauchen, geht fatal in die Hose, als nur neun Unterstützer magere 146 $ spenden. Mehr ist dann auch nicht darüber zu erfahren.

Im Oktober 2016 stellen Forscher des Los Alamos National Laboratory um Bryce Tappan einen neuartigen Antrieb für CubeSats vor, der den Missionsbereich erheblich erweitern könnte, den die kleinen und kostengünstigen Satelliten abdecken. Er würde z.B. erlauben, höhere Bahnen zu erreichen, mehrere Kleinsatelliten in einer einzigen Mission zusammenzufassen, die Lebensdauer der Missionen zu verlängern und die CubeSats wieder zur Erde zu lenken, wenn sie ihre Mission beendet haben.

Das Konzept des innovativen und sicheren Raketenantriebs basiert auf einer nicht-explosiven chemischen Technologie, die mit einem festem Brennstoff und einem festen Oxidationsmittel auskommt (segregated fuel oxidizer system), welche in dem CubeSat vollständig getrennt untergebracht sind. Ein CubeSat-kompatibles sechsmotoriges Antriebsgerät ist bereits erfolgreich am Boden getestet worden. Nun soll das Antriebssystem bald auf einen Satelliten installiert werden, um die Antriebsfähigkeit im Raum zu demonstrieren. Da es sich um ein Brennstoff-betriebenes System handelt, soll hier aber nicht weiter darauf eingegangen werden.

Im Februar 2017 berichten die Fachblogs, daß der Wissenschaftler Luke Roberson am Kennedy Space Center der NASA eine dünne Festkörper-Batterie konstruiert hat, die in erster Linie für den Einsatz in CubeSats gedacht ist. Roberson arbeitet mit Prof. Xiangyang Zhou von der University of Miami zusammen, der die Chemie und Struktur für die Batterie entwickelt hat, sowie mit dem Materialwissenschaftler Ryan Karkkainen von derselben Universität.

Mit einer Dicke von 2 – 3 mm können die neuen Batterien in die Struktur der Kleinsatelliten integriert werden, anstatt Raum einzunehmen, der eigentlich für wichtigere Forschungsinstrumente vorgesehen ist. Hergestellt werden die neuartigen Batterien, indem jeweils eine Festkörper-Batterie-Schicht zwischen zwei Schichten komprimierter Kohlefasern gepackt wird.

Nachdem ein paar Quadrate übereinander gestapelt sind, werden die Stapel in einen Vakuumbeutel gelegt und ,entleert’, indem alle Luft abgesaugt wird, um die Schichten zu komprimieren. Anschließend kommen die Stapel in einen Ofen, um bei 121°C das Harz zu härten und die Fasern miteinander zu verbinden. Sollte der Prototyp der Batterie zur Produktreife weiterentwickelt werden, könnte er natürlich auch Energie in Autos, in den Wänden eines Hauses oder auf andere Planeten speichern.

Neben den vorstehenden Antrieben gibt es aber noch weitere Technologien, die eine Erwähnung verdienen.

So wird die Firma Tethers Unlimited Inc. (TUI) im September 2000 von dem 1998 gegründeten NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC), das unkonventionelle Konzepte für die Luft- und Raumfahrt identifiziert und fördert, damit beauftragt, ein cislunares Tether Transport System zu konzipieren. Kooperationspartner ist die Boeing North America, mit der zusammen auch an einem Hypersonic Airplane Space Tether Orbital Launch (HASTOL) System gearbeitet wird.

Die 1994 von Robert P. Hoyt und Robert L. Forward gegründete TUI aus Bothell, Washington, hat sich zum Ziel gesetzt, mittels Tether-Technologien ein ,öffentliches Nahverkehrssystem im Raum’ zu entwickeln.

Es gibt zwei allgemeine Kategorien von Tethern: zum einen ein Transport-System, das  Impuls-Austauschtechniken nutzt – und zum anderen ein elektrodynamisches System, das  mehrere Nutzlasten mit wenig oder ganz ohne Treibstoff transportieren kann.

Ein Impulsaustausch-Halteseil (momentum exchange tether) ist ein langes Kabel aus dünnen Strängen hochfester Fasern wie Spectra oder Kevlar, das verwendet wird, um zwei Objekte im Raum zusammen zu koppeln, so daß sie untereinander Impuls und Energie austauschen können. Damit kann eines der Objekte gegenüber dem anderen nach oben oder unten gedrückt werden – weshalb es als eine Form von Weltraumantrieb bezeichnet werden kann.

Die uns an dieser Stelle mehr interessierenden elektrodynamischen Tether wiederum sind lange Seile, die im Weltall rechtwinklig zum Magnetfeld eines Planeten ausgelegt werden. Da einem elektrischem Leiter, der durch ein Magnetfeld bewegt wird, Spannung induziert wird, kann sich ein Satellit mittels ausreichend weit auslegten Tethern selbst mit Energie versorgen.

Der Nutzen dieses Effekts wird allerdings dadurch eingeschränkt, daß der Leiter, in dem die Spannung induziert wird, selbst ein dem Erdmagnetfeld entgegengesetztes Feld erzeugt, wodurch es zu einer Abbremsung des gesamten Systems aus Raumflugkörper und Tether kommt (Lenzsche Regel). Umgekehrt kann ein Tether, durch den ein starker Strom fließt, zur Beschleunigung eines Satelliten beitragen, da auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld eine Kraft wirkt (Lorentzkraft).

Basiereend auf diesen Technologien will die TUI mittelfristig eine 90 km lange High-strength Electrodynamic Force Tether (HEFT) in eine Umlaufbahn um die Erde bringen, um anschließend eine Lunavator Facility mit einem Tether von 200 km Länge - nebst Gegengewicht und zentraler Masse - in einer Umlaufbahn um den Mond zu plazieren, mit welcher sich Nutzlasten absetzen und aufnehmen lassen. Und langfristig steht das Projekt Mars-Earth Rapid Interplanetary Transport Tether (MERRITT) an.

Da dies aber noch etwas weiter in der Zukunft liegt, beschäftigt sich die TUI erst einmal mit elektrodynamischen Kabeln, die im planetarischen Magnetfeld Schub erzeugen. Als erster Schritt soll im August 2000 vom Marshall Space Flight Center aus eine Delta II Rakete mit einem Air Force Satelliten starten, von der aus im Orbit außerdem ein 15 km langer Draht mit dem Namen Propulsive Small Expendable Deployer System (ProSEDS) ausgerollt und dazu eingesetzt werden soll, um die Umlaufbahn einer verbrauchten Raketenstufe schneller zu senken als dies durch die natürlichen atmosphärischen Einflüsse geschieht.

Hierbei erklärt sich auch die Funktion des Icarus genannten Projekts: Im Gegensatz zu den ersten 10 km des ProSEDS-Drahtes sind die letzten 5 km freigelegt, d.h. ohne Isolierung, um eine elektrische Verbindung zu dem Plasma rund um die Erde herzustellen. Die zweite Stufe der Rakete umkreist die Erde und der mitgeschleppte Draht durchschneidet das irdische Magnetfeld. Zusammen mit der Bordelektronik, den den Kreis schließt, erzeugt der Draht einen elektrischen Strom auf Kosten der Geschwindigkeit, was die Senkung der Flughöhe  zur Folge hat.

Tethers sind schon zuvor im Weltraum getestet worden, jedoch mit unterschiedlichem Erfolg. Zum ersten mal erfolgt das Abrollen eines 30 m langen, durch Rotation stabilisierten Drahtes im September 1966 von Gemini 11 aus. Der nächste Schritt erfolgt mit der gemeinsam mit der italienischen Raumfahrtagentur ASI geplanten und durchgeführten Tethered Satellite System Mission 1 (TSS-1 ) – an Bord des Space Shuttle Atlantis im Juli/August 1992. Aufgrund mechanischer Probleme lassen sich von dem 20 km langen Kabel aber nur 260 m ausrollen.

In den Jahren 1993 und 1994 startet die NASA zwei Experimente mit dem Namen Small Expendable Deployer System (SEDS-I und SEDS-II), bei denen die 20 km langen Kabel an der ausgebrannten zweiten Stufe einer Delta-II Rakete angebracht werden. Im Juni 1993 wird – ebenfalls als sekundäre Nutzlast einer Delta II Rakete – ein Plasma Motor-Generator (PMG) mit einem 500 m langen Kabel zum Einsatz gebracht, um die Funktion von elektrodynamischen Tethern zu demonstrieren. Nähere Informationen dazu liegen mir noch vor.

Im Februar 1996 scheitert dann auch die Nachfolgemission TSS-1R, bei welcher  ein Tether-Satellit aus dem Space Shuttle Columbia freigesetzt wird. Zwar entfaltet sich der Draht auf nur 19,7 km bevor er reißt, aber das ist lang genug, um zahlreiche wissenschaftliche Spekulationen überprüfen. Anderen Quellen zufolge reißt das Band fünf Stunden nach seinem Aussetzen, wobei es bis dahin ein Potential von 3.500 Volt erzeugt hat. Es wird angenommen, daß der Fehler durch einen elektrischen Lichtbogen verursacht wurde, den die Bewegung des leitfähigen Seils durch das Magnetfeld der Erde erzeugt hat.

Ebenfalls 1996 wird vom U.S. Naval Research Laboratory (NRL) das Projekt Tether Physics and Survivability Experiment (TiPS) gestartet, bei dem zwei Satelliten namens Ralph und Norton mit einer gemeinsamen Masse von knapp 50 km durch ein 4 km langes Kabel von 2 - 3 mm Durchmesser miteinander verbunden werden.

Das Experiment, bei dem Versuche mit Orbital-Manövrieren, Energieerzeugung und künstlicher Schwerkraft stattfinden, wird bis zum Juli 2006 fortgeführt, als das Halteseil reißt.

Um den elektrodynamischen Antrieb im Weltraum zu demonstrieren, folgt unter dem Namen Tether Electrodynamics Propulsion CubeSat Experiment (TEPCE) ein weiteres NRL-Projekt, das vom Juni 2019 bis zum Januar 2020 läuft. Der Start erfolgt als sekundäre Nutzlast auf der STP-2 Rideshare-Mission der USAF an Bord einer SpaceX Falcon Heavy-Trägerrakete, bei der auch der Nanosatellit LightSail 2 der Planetary Society mit dabei ist, über den unter den Weltraum-Sonnensegeln berichtet wird.

TEPCE besteht in seiner orbitalen Konfiguration aus zwei CubeSat-Endmassen, die am Ende eines 1 km langen elektrisch leitenden Seils befestigt sind. Die Trennung in zwei identische Minisatelliten erfolgt Mitte November 2019, woraufhin das Halteseil mit dem Magnetfeld der Erde in der Ionosphäre interagiert, um die Geschwindigkeit und die Umlaufbahn der Satelliten zu verändern.

Der Doppelsatellit verändert seine Umlaufbahn tatsächlich leicht, wird durch die verfügbare Leistung von etwa 50 W aus Solarzellen auf dem Körper des CubeSat allerdings begrenzt und tritt Anfang Februar 2020 wieder in die Erdatmosphäre.

Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) bringt ihrerseits im Oktober 1997 den Young Engineers Satellite (YES) mit einem Gewicht von etwa 200 kg mit einer Ariane-5G-(502) vom Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana auf eine geostationäre Transferbahn (GTO), der in etwa sechs Monaten von mehr als vierzig jungen Ingenieuren und Studenten aus zehn Ländern gebaut wurde und u.a. mit einem 35 km langen Doppelstrang-Kabel ausgestattet ist. Damit soll die Sonde durch Schwingen des Tether-Systems auf nahezu interplanetare Geschwindigkeit gebracht werden. Aufgrund eines kurz vor dem Start geänderten Orbits kann das Tether-Experiment aber nicht ausgeführt werden, um andere Satelliten im Geotransferorbit nicht zu gefährden.

Beim Nachfolger, dem Young Engineers Satellite 2 (YES2), der zehn Jahre später im September 2007 von Baikonur aus gestartet wird, umfaßt die Mission das Abspulen eines Tethers aus einem 0,5 mm dünnem und 30 km langem Seil aus Dyneema-Kunstfasern, an dessen Ende sich die Wiedereintrittskapsel Fotino befindet. Fotino, eine etwa 5,5 kg schwere, kugelförmige Kapsel, soll mit Hilfe des Tethers ohne die sonst üblichen Raketenstufen oder Triebwerke auf eine Wiedereintrittsflugbahn gebracht werden, um dann an einem Fallschirm wieder in Kasachstan zu landen.

Nach Auswertung der Flugdaten wird davon ausgegangen, daß der Tether zwar bis zur vollen Länge abgewickelt wurde, dann aber gerissen ist. Fotino ist daraufhin vermutlich in der Nähe des Aralsees niedergegangen, konnte bislang aber nicht aufgefunden werden.

Zurück zur Firma TUI, die im September 2000 zwar das Patent ,Electrodynamic Tether And Method of Use’ erhält (US-Nr. 6.116.544, beantragt 1997), dann jedoch einen herben Rüclschlag verkraften muß, als das ProSEDS-Projekt zuerst auf den Frühsommer 2002 verschoben wird – um nach der Columbia-Katastrophe im Februar 2003 völlig gestrichen zu werden.

Weiter geht es erst im Jahr 2007, als die TUI in Zusammenarbeit mit der Stanford University das Multi-Applikation Survivable Tether (MAST) Experiment durchführt, um die Überlebensfähigkeit von Tethern im Raum zu testen. Im April werden als sekundäre Nutzlast einer Dnepr-Rakete drei jeweils 1 kg schwere CubeSat Module (Gadget, Ted und Ralph) in den Orbit gebracht, die dazu bestimmt sind, sich zu trennen und ein 1 km langes Kabel abzuwickeln.

Die Idee für dieses Projekt geht auf einen Vorschlag der o.e. Robert P. Hoyt und Robert L. Forward aus dem Jahr 1995 zurück, die sich dafür den Markennamen Hoytether schützen lassen. Das Konzept umfaßt neue Topologie für einen Tether, die aus einem Gitter aus Strängen besteht, die in einem kreisförmigen Profil angeordnet sind und eine hohe Redundanz besitzen, um möglichen Schäden durch Weltraummüll und Mikrometeoriten zu widerstehen (US-Nr. 6.290.186, angemeldet 2000, erteilt 2001).

Nach dem Start gelingt zwar, Kontakt mit dem mittleren Picosatellit Gadget herzustellen, der eigentlich als Tether-Inspektor langsam das Kabel nach oben und unten kriechen und dabei Fotos machen sollte, nicht aber mit Ted, der den Tether abspulen sollte, noch mit der ,Endmasse’ Ralph. Spätere Radarmessungen zeigen, daß sich das Kabel nur einen Meter weit abgerollt hatte.

Im März 2008 werden dann ihm Rahmen des MISSE-6 Experiments mehrere kurze Proben der von TUI hergestellten Tether auf der Außenseite der Internationale Raumstation ISS installiert. Bei dem vom Space Science and Engineering Laboratory der Montana State University entwickelten Experiment sollen Tether untersucht werden, mit und ohne Beschichtungen, welche die hochfesten Polymergarne vor atomarem Sauerstoff und UV-Licht in der Weltraumumgebung schützen.

Zwischen 2000 und 2015 hat die TUI eine schier unglaubliche Zahl an Forschungsverträgen der NASA, DARPA, NAVY usw. abgegriffen, doch tatsächliche Erfolge kann sie bislang noch immer nicht vorweisen. Dem aktuellen Stand zufolge entwickelt TUI ein Antriebssystem namens Microsatellite Propellantless Electrodynamic Tether (μPET), das als kleines, elektrodynamisches Low-Power Tether-System beschrieben wird, welches für Kleinsatelliten Langzeit-Schub, Abbremsung, Neigungsänderung und Lageerhaltungs-Antrieb liefern soll. Ein erster μPET-Prototyp soll einen 125 kg Mikrosatelliten von einer 350 km hohen Absetz-Umlaufbahn innerhalb von 50 Tagen auf eine 700 km hohe Einsatzbahn heben können.

Im Mai 2020 wird bekanntgegeben, daß Tethers Unlimited von der Firma Amergint Technologies Inc. übernommen wurde, und daß beide Unternehmen nun Tochtergesellschaften der ARKA Group LP sind.

Ähnliche Forschungen werden auch in Japan durchgeführt. Im Januar 2009 startet als sekundäre Nutzlast an Bord einer japanischen H-IIA Trägerrakete die Mission Space Tethered Autonomous Robotic Satellite (STARS oder Kukai), die im Rahmen des Kagawa Satellite Development Project an der Kagawa University entwickelt wurde. Ähnlich dem o.g. MAST-Experiment basiert auch STARS auf einer CubeSat Plattform.

Nach dem Start sollte sich der Satellit Kukai in seine zwei Subsatelliten Ku und Kai trennen, die durch ein 5 m langes Kabel miteinander verbunden sind. Der Satellit trennt sich zwar erfolgreich von der Rakete und wird in die vorgesehene Umlaufbahn gebracht, doch der Tether kann aufgrund von Problemem mit der Startverriegelung des Aufwickelmechanismus nur auf eine Länge von mehreren Zentimetern abgewickelt werden.

Ende August 2010 startet vom Uchinoura Space Center aus eine S-520-25 Trägerrakete der JAXA, um während eines rund 10-minütigen Fluges das Prinzip der elektrodynamischen Seile (Electro-Dynamic Tethers, EDT) zu erforschen. Hierfür setzt die Rakete in 309 km Höhe ein 200 m langes und 2,5 cm breites, metallisches Gummiband aus. Dieses bewegt sich durch das Magnetfeld der Erde, wobei Spannung erzeugt wird. Der Leiter erzeugt dabei selbst ein Magnetfeld, das dem der Erde entgegengesetzt ist. Dadurch kommt es zu einer Abbremsung des gesamten Systems. Mit einem EDT kann die Bahn eines Flugkörpers verändert werden, was man ja auch mit dem Weltraummüll machen möchte.

Das EDT Projekt namens T-Rex (Tether Technologies Rocket Experiment) wird von Hironori Fujii vom Kanagawa Institute of Technology in Tokio geleitet. Ein längerer Demonstrationsflug ist für 2013 oder 2014 geplant.

Im Jahr 2012 erhält die in Mt Pleasant, South Carolina, beheimatete und 1998 gegründete Firma Star Technology and Research Inc. (STAR), die sich im übrigen auch mit dem Thema Weltraumlift (oder Weltraumaufzug, Space Elevator) beschäftigt, einen Vertrag der NASA in Höhe von 1,9 Mio. $ zur Entwicklung eines Tether-Antriebssystems, das unter dem Namen ElectroDynamic Debris Eliminator (EDDE) für die Orbitalmüllbeseitigung qualifiziert ist. Eine Machbarkeitsstudie hatte das Unternehmen bereits im Jahr 2010 im Auftrag der Navy/SPAWAR durchgeführt, und im März 2011 wurde das Patent ,Electrodynamic Structure’   erteilt (US-Nr. 7.913.954, angemeldet 2006).

Basierend auf dem elektrodynamischen Raumfahrtantrieb ist das Ziel ein treibstoffloses,  wiederverwendbares Raumfahrzeug mit nahezu unbegrenztem delta-V, das überall im erdnahen Orbit manövrierbar und dabei kompakt und leicht ist (0,11 m³ / 100 kg). Das Aufnehmen des Raummülls soll mit leichten Netzen erfolgen. Schritte zur Umsetzung des Konzepts sind bislang nicht zu verzeichnen.

Im Januar 2018 berichten Wissenschaftler der Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) und der Universidad Politécnica de Madrid um Prof. Gonzalo Sánchez-Arriaga und Claudio Bombardelli über die Entwicklung eines treibstofflosen Antriebssystems, das gleichzeitig als Stromgenerator dient. Für das neue System, das auf dem Prinzip des Lorentz-Widerstands beruht, wurden bereits zwei spanische Patente erteilt (ES-Nr. 2569540 und 2562713).

Der spanische Beitrag zur Tether-Technologie besteht in einem einfachen Design, bei dem zwei nur wenige Zentimeter breite und leichte Aluminiumbänder von 2 km Länge, die von einem Satelliten ohne aktiven Elektronenstrahler entfaltet werden, durch die Wechselwirkung mit dem Erdmagnetfeld ein Raumfahrzeug mit Energie und/oder Antrieb versorgen können.

Um die Sache noch effizienter zu machen, wird außerdem der photoelektrische Effekt der dem Sonnenlicht ausgesetzten Bänder genutzt. Um vielversprechende Materialien zu untersuchen, hatte das Team einen kleinen Forschungszuschuß vom spanischen Ministerium für Wirtschaft, Industrie und Wettbewerbsfähigkeit erhalten.  Nun wird daran gearbeitet, die bestehenden Patente auf den europäischen Raum auszuweiten und Prototypen in kleinem Maßstab zu bauen. Bislang gibt es jedoch keine weiteren Meldungen diesbezüglich.

Im Oktober 2019 erscheint die Studie ,Electrical model and optimal design scheme for low work-function tethers in thrust mode’, deren Ergebnisse auf den vorläufigen Entwurf eines Low-Work-Function-Tether (LWT)-Systems angewandt werden, das den Luftwiderstand auf der Internationalen Raumstation ISS kompensieren soll, gefolgt von ,Attitude determination and control for the deployment preparation phase of a space tether mission’ im Januar 2022. Beide Studien sind im Netz einsehbar. Dies ist leider nicht der Fall bei der Studie ,A bare-photovoltaic tether for consumable-less and autonomous space propulsion and power generation’, die unter Mitwirkung von Tajmar im Dezember 2020 veröffentlicht wird.

Über eine Umsetzung durch mehr als 250 Studenten der University of Michigan wird im Januar 2021 berichtet, als der von ihnen im Laufe von sechs Jahren entworfene und gebaute CubeSat Miniature Tether Electrodynamics Experiment-1 (MiTEE-1) mit dem Launch Demo 2 von Virgin Orbit startet und das Konzept der Nutzung des Erdmagnetfelds zur Erzeugung von Schubkraft testet. Ziel ist es, kleine Satelliten ohne Triebwerke oder Treibstoff in einer niedrigen Erdumlaufbahn zu halten.

Ein Bericht über das geplante Projekt unter dem Titel ,Picosat/Femtosatellite Electrodynamic Tether Propulsion’ war im Vorfeld im Juni 2019 von dem Team um Brian Earl Gilchrist auf der 6. International Conference on Tethers in Space in Madrid vorgelegt worden.

MiTEE-1, der eigentlich schon 2019 im Rahmen der ELaNA-XX-Mission der NASA ins All fliegen sollte, wird allerdings selbst keinen Schub erzeugen. Stattdessen wird das Experiment aus einem Satelliten von der Größe eines Brotkastens und einem weiteren von der Größe eines Smartphones bestehen, der an einem starren Ausleger von 1 m Länge ausgesetzt wird. Damit wird gemessen, wie viel Strom der Ionosphäre unter verschiedenen Bedingungen entnommen werden kann.

Nachdem MiTEE-1 erfolgreich im Orbit in rund 500 km Höhe ausgesetzt wird, bleibt er anschließend über zwei Jahre im All, verliert durch die atmosphärische Reibung planmäßig an Höhe und tritt Mitte Juni 2023 wieder in die Erdatmosphäre ein, wo er verglüht.

Die Daten der Mission sollen nun für die Planung und den Bau des nächsten Satelliten MiTEE-2 verwendet werden, der den eigentlichen elektromagnetischen Antrieb mit einem flexiblen, ausrollbaren Leiterkabel mit einer Länge von 10 - 30 m demonstrieren soll.

Aufgrund der hohen technologischen Komplexität und Schwierigkeiten mit der Finanzierung und den Startplätzen wird die Mission später jedoch offiziell eingestellt.

Im Januar 2025 melden die Fachblogs, daß ein europäisches Konsortium, dem Forscher der UC3M, der Universität Padua, der TU Dresden, des italienischen Perowskit-Spezialisten Halocell Europe, des CIGS-Modulherstellers Sunplugged aus Österreich, von PERSEI Space, einer spanischen Ausgründung der UC3M, sowie von Deimos Engineering and Systems, einer Abteilung des spanischen Luft- und Raumfahrtunternehmens Deimos Space, angehören, eine miniaturisierte Antriebstechnologie entwickelt, die auf besonderen elektrodynamischen Seilen basiert.

Zwei weitere Partner, SENER Aeroespacial und Rocket Factory Augsburg (RFA), haben eine Startdienstvereinbarung unterzeichnet, um eine In-Orbit-Demonstration des Geräts durchzuführen.

Das kürzlich gestartete und durch das Pathfinder-Programm des Europäischen Innovationsrats mit 4 Mio. € finanzierte Dreijahresprojekt mit der Bezeichnung E.T.COMPACT (Compact and Propellant-less Electrodynamic Tether), das der UC3M-Professor Sánchez-Arriaga koordiniert, zielt auf die Entwicklung eines Antriebssystems ab, das zum nachhaltigen und kosteneffizienten De-Orbit oder Manövrieren von Satelliten in der Gewichtsklasse von 70 - 210 kg verwendet werden soll.

Im Vorfeld war nach dem allerersten Basisprojekt E.T.PACK im Jahr 2022, das einen frühen Laborprototypen mit einem Gewicht von 20 - 24 kg und einem 2,5 cm breiten und 500 m langen Aluminiumband als Tether (aufgeteilt in ein 50 m inertes Trägerband und ein 450 m aktives Leitband) hervorbrachte, über einen Zeitraum von 30 Monaten das mit rund 2,5 Mio. € geförderte Vorgängerprojekt E.T.PACK-F (F für Fly) durchgeführt worden, dessen Ziel die Entwicklung eines flugbereiten Modells war und das im Dezember 2025 abgeschlossen wird.

Das neue Projekt E.T.COMPACT umfaßt die Entwicklung von langen leitenden Bare-Photovoltaic-Tethern (BPT), in die auf einer Seite Perowskit-Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS)-Tandem-Solarzellen integriert sind. Dabei sollen die BPT anspruchsvolle Anforderungen erfüllen, wie z.B. in einer Rolle mit kleinem Radius gelagert werden zu können, mit der Weltraumumgebung kompatibel zu sein und einen Wirkungsgrad von mehr als 12 % zu haben.

Für das Green-propulsion Mobility Module (GMM) von E.T.COMPACT, welches das Herzstück und die primäre Nutzlast des Projekts darstellt, ein Volumen von 3 Litern und ein Gewicht von 6 - 7 kg hat, wird eine Fessellänge von etwa 300 m angestrebt. Allerdings ist ein besonderes Merkmal der Seile, daß sie skalierbar sind und ihre Länge und Breite je nach Masse des Satelliten, seiner Umlaufbahn und seinem Antriebsbedarf ausgelegt werden kann. Ein 1 km langes Band mit einer Breite von 2,5 cm und einseitig aufgedruckten PV-Zellen bietet beispielsweise eine Fläche von 25 m².

Im April 2026 wird gemeldet, daß das E.T.PACK-F Flugmodell fertiggestellt und die Dummy-Einheit hergestellt sind, weshalb nun die Demonstration in der Umlaufbahn für 2027 geplant wird.

Weiter mit der allgemeinen Chronologie:

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Im Februar 2015 erhält Athanassios A. Nassikas, ein griechischer Maschinenbauingenieur und emeritierter Professor des Technologischen Bildungsinstituts Thessaly (heute Universität Thessaly), das Patent für einen supraleitenden Antrieb, dessen Berechnungen ein Schub-zu-Gewichts-Verhältnis von etwa 13,6 vorhersagen, womit sich das Triebwerk theoretisch selbst anheben könnte: ,Magnetic propulsion device using superconductors’ (US-Nr. 8.952.773, angemeldet 2011). Ein weiteres Patent, das 2013 eingereicht wurde, trägt den Titel ,Propulsion means using magnetic field trapping superconductors’ (US-Nr. 20130147582).

Der supraleitende Lorentz-Antrieb verspricht Levitation bei praktisch null Leistungsaufnahme und hoher Nutzlastkapazität. Nassikas, der auch Arbeiten zu Themen wie Kausalität, Raum-Zeit-Energie-Pumpen und alternativen Ansätzen zur Quantenphysik veröffentlicht, versucht die damit zusammenhängenden physikalische Phänomene und Mechanismen durch eine von ihm aufgestellte ,Minimum Contradictions Theory of Everything’ zu erklären.

Ein 120 g schwerer, 5 cm durchmessender und 4,2 cm hoher Triebwerksprototyp mit geringer Schubkraft, der aus einem YBCO-Supraleiterguß in Form einer Düse besteht, in deren Hals ein Permanentmagnet befestigt ist, war bereits 2014 am Technologischen Bildungsinstitut von Larissa sowie an der Universität Athen getestet worden, wobei er erfolgreich einen Schub von 21 mN erzeugte, also etwa 2,2 g. Bei verschiedenen Gelegenheiten soll das Nassikas-Triebwerk I zudem von zwei Physikern der Universität Cambridge, darunter ein Nobelpreisträger, sowie von fünf Physikern der Universität Athen begutachtet worden sein.

Um im nächsten einen größeren Prototyp dieses Antriebs zu bauen und zu testen, stößt Paul Alex LaViolette, Gründer und Leiter des gemeinnützigen Forschungsinstituts Starburst Foundation, im April 2016 eine Crowdfunding-Kampagne auf Indiegogo mit einem Ziel von 32.000 $ an, bei der aber nur 19.040 $ von 270 Unterstützern zusammenkommen.

Trotzdem werden im Oktober in der Anlage der SuperPower Corp. in Schenectady, New York, Flüssigstickstofftest mit der Thruster-Version 2 durchgeführt, die allerdings enttäuschend sind. Im ersten Halbjahr 2017 führt Nassikas Computersimulationen der Triebwerksversionen 2 und 3 durch und meldet im Juni ein Patent auf ein Strahlruder der Version 3 an. Im August folgen dann Heliumtests der Triebwerke 2 und 3 - darüber hinaus ist aber nichts mehr über die Sache zu hören.

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Anfang 2017 wird das Projekt DISCOVERER (DISruptive teChnOlogies for VERy low Earth oRbit platforms) ins Leben gerufen, das von der EU mit 5,7 Mio. € über einen Zeitraum von 51 Monaten gefördert wird. Im Rahmen des Projekts sollen Erdbeobachtungssatelliten grundlegend neu konzipiert werden, damit sie dauerhaft in einer sehr niedrigen Erdumlaufbahn von 100 - 450 km (andere Quellen: 120 - 250 km) Höhe operieren können.

Da die dort noch vorhandene Restatmosphäre einen starken Bremswiderstand erzeugt, der Satelliten schnell abstürzen läßt, ist das wichtigste technologische Ziel des Projekts die Entwicklung eines neuartigen Triebwerks zum Erhalt der Umlaufbahn.

Zu den Partnern zählen die Universität Stuttgart, die University of Manchester, die das Projekt leitet, das University College London, die Universitat Politecnica de Catalunya, das Satellitenkontrollzentrum Deimos Castilla La Mancha in Spanien, das dänische Unternehmen GomSpace, die US-Firma TechToybox, das französische Beratungsunternehmen EuroConsult  sowie das deutsche Marketingbüro concentris research management gmbh. Neben dem Antrieb arbeiten die Partner auch an neuen aerodynamischen Materialien und an einer aerodynamischen Lageregelung.

Der Atmosphärenatmende Elektroantrieb (Atmosphere-Breathing Electric Propulsion, ABEP), der seit 2014 in Stuttgart entwickelt wird, besteht aus einem Massenkollektor sowie einem Radiofrequenz-Antrieb, dem Induktiven Plasmatriebwerk (IPT), das auf niederfrequenten elektromagnetischen Wellen basiert, den Helikonwellen, so genannt aufgrund ihrer spiralförmigen Wellenfront. Bei diesem Prinzip wird das Plasma durch eine Antenne gezündet und beschleunigt, um Schub zu generieren.

Die dabei erstmals genutzte zylindrische Birdcage-Antenne, die ihren Ursprung in der Magnetresonanztomographie hat, stellt elektromagnetische Mechanismen zur Verfügung, die sowohl die Ionen als auch die Elektronen simultan zur Schubgenerierung mit hoher Geschwindigkeit beschleunigen. Dadurch weist die Antenne einen besonders hohen Wirkungsgrad auf.

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Das System fängt die in der sehr niedrigen Umlaufbahn vorhandenen Gase der Restatmosphäre über einen Einlaß auf und nutzt sie direkt als Treibstoff für den Widerstandsausgleich. Dabei führt die elektrische Energie den Treibstoff in Plasma über, das beschleunigt wird, um Schub zu generieren. Zudem kann das IPT mit variablen Treibstoff-Massenströmen und -Kompositionen umgehen und mit jedem Treibstoff betrieben werden, sogar mit dem aggressiven atomaren Sauerstoff der Thermosphäre, wobei die ersten Tests mit Stickstoff und Argon durchgeführt werden.

Und da ein mit ABEP ausgestatteter Satellit keinen Treibstofftank mit sich führen muß, sondern sich aus photovoltaischer Elektrizität und den Gaspartikeln der Hochatmosphäre selbst versorgt, ist theoretisch eine unbegrenzte Missionsdauer möglich. Die erste Zündung des IPT erfolgt im April 2020.

Als Anfang Juni 2021 der Satellit für orbitale Aerodynamikforschung SOAR (Satellite for Orbital Aerodynamics Research) zur Internationalen Raumstation ISS gestartet und von dort aus Mitte des Monats in die Umlaufbahn gebracht wird, wird auf dem kleinen Test-Satelliten zwar eine aerodynamische Steuerung mit vier lenkbarern, speziell beschichteten Steuerflossen getestet, mit denen rein aerodynamische Lage- und Bahnsteuerungsmanöver demonstriert werden.

Entgegen früheren Ankündigungen ist der SOAR-CubeSat jedoch mit keinem Antrieb ausgestattet, weshalb er im März 2022 in die dichtere Atmosphäre eintritt und verglüht. Das  Projekt DISCOVERER gilt damit als abgeschlossen, während das Triebwerk im Rahmen weiterer ESA-Forschungsprogramme zur Marktreife weiterentwickelt wird. Ein Bericht des Stuttgarter Teams um Prof. Georg Herdrich mit dem Titel ,Design, development and simulation activities of an RF helicon-based plasma thruster for VLEO satellites’, der im September 2025 erscheint, ist im Netz einsehbar.

Auf der IAC 2017 Conference im September 2017 in Adelaide, Australien, legen Herdrich und Prof. Stefanos Fasoulas gemeinsam mit Nicholas Harmansa von der ArianeGroup das Papier ,Development of a Water Propulsion System for Small Satellites’ vor, und im Netz einsehbar ist die empfehlenswerte Dissertation ,Die Entwicklung thermischer Lichtbogentriebwerkssysteme’ von Birk Lennart Wollenhaupt, die dieser im Jahr 2018 Herdrich und Fasoulas vorlegt. Darin werden die Parameter zur Entwicklung vom Labormodell bis zum flugtauglichen Triebwerkssystem dargelegt. Die Arbeit bietet auch Informationen zum historischen Hintergrund der Technologie.

Die erwähnte ArianeGroup (früher: Airbus Safran Launchers), die für die europäische Trägerrakete Ariane 6 verantwortlich ist, entwickelt zudem ein Wasserantriebssystem, das auf Hybridtechnik setzt und auf dem Prinzip der Elektrolyse beruht. Dabei liefert ein unter Druck gesetzter Tank entmineralisiertes Wasser an den Elektrolyseur, der mit Strom aus den Solarzellen des Satelliten versorgt wird. Der Elektrolyseur spaltet das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, die getrennt in Drucktanks gespeichert werden und bei Bedarf in der Brennkammer verbrannt werden. Wenn die Drucktanks gefüllt sind, was etwa 90 Minuten dauert, liefern sie genügend Treibstoff für einen etwa 30-sekündigen Schub.

Das Wasserantriebssystem der ArianeGroup ist so konzipiert, daß die Anzahl der Elektrolysezellen, die Größe der Tanks und die Zahl der Triebwerke beliebig erhöht werden können, um den Bedarf unterschiedlicher Satelliten abzudecken. Abgesehen davon, daß dieses Antriebssystem keinerlei Gefahren beim Einsatz birgt – weder im Vorfeld bei der Herstellung noch beim Start auf der Startrampe –, ist seine Funktionsfähigkeit theoretisch nur von der Sonne und dem Füllstand der Tanks abhängig.

Langfristig ist es sogar denkbar, im Weltraum, auf dem Mond oder sogar auf dem Mars eigenständig Wasser zu produzieren, um interplanetare Missionen sicher zur Erde zurückzubringen oder zu weiter entfernten Zielen fortzusetzen.

Wie im Dezember 2023 bekannt gegeben wird, plant die ArianeGroup mit Unterstützung der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und zusammen mit den belgischen Unternehmen RHEA und Aerospacelab bis Herbst 2026 eine Demonstration im Orbit. Dabei soll der Satellit des European Spectrum Monitoring Service (ESMS), der eine europäische Kartierung der Funkfrequenzen durchführen wird, mit dem Wasserantrieb ausgestattet werden. Später wird die Demonstration im Orbit auf 2027 verschoben.

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Im Zuge der Recherche stellte sich heraus, daß ESA bereits im März 2018 gemeinsam mit dem italienischen Raumfahrtunternehmen SITAEL S.p.A. ein luftatmendes elektrisches Triebwerken getestet hat, dessen Konstruktion auf einem zweistufigen Hall-Effekt-Triebwerk (RAM-HET) basiert und das seinen Treibstoff aus der verdünnten Umgebungsluft in etwa 200 km Höhe mit einer Geschwindigkeit von 7,8 km/s ansaugt.

Die Partner hatten auf der 35. International Electric Propulsion Conference im Vorjahr in Atlanta den einsehbaren Bericht ,Development and Experimental Validation of a Hall Effect Thruster RAM-EP Concept’ über den Stand der Entwicklung bei SITAEL vorgelegt, im dem über die erfolgreiche Weltpremiere der Labordemonstration des RAM-EP (Rarefied Atmosphere Membrane-Electric Propulsion) genannten Systems im Mai 2017 berichtet wurde. Die Sache hat einen längeren Vorlauf:

Tatsächlich hatte die ESA schon 2006 eine interne Studie durchgeführt, die den atmosphärischen Elektroantrieb bewertete und später das Konzept RAM-EP vorschlug. Da es jedoch an experimentellen Daten zu alternativen Treibstoffen mangelte, finanzierte die ESA im Zeitraum von 2010 bis 2013 die Projektkampagne ,EPN. Preliminary Characterisation Test Campaign of EP Technology with Non-Conventional Propellants’, die von dem italienischen Raumfahrtunternehmen ALTA S.p.A. als Hauptauftragnehmer geleitet wurde.

Bei der allerersten Kampagne dieser Art in Europa, um die Machbarkeit des ABEP-Konzepts zu bestätigen, wurden Versuche mit zwei elektrischen Antriebssystemen durchgeführt, einem Hall-Thruster sowie einem Hochfrequenz-Ionentriebwerk, das die deutsche Firma TransMIT GmbH (TransMIT Gesellschaft für Technologietransfer mbH) testet. Dabei gelingt der erste Nachweis eines stabilen Betriebs des Radiofrequency Ion Thruster (RIT) unter Verwendung von atmosphärischen Gasen als Treibstoffe.

Das von der TransMIT durchgeführte Projekt ,Cathodeless Electric Propulsion Thruster for Air-Breathing Electric Propulsion Systems’, das sich auf die experimentelle Charakterisierung eines kathodenlosen elektrischen Antriebs für ABEP konzentriert, wird auch von der Universität der Bundeswehr München unterstützt. Der einsehbare Bericht ,Experimental characterization of HET and RIT with atmospheric propellants’ über die Projektkampagne wird im September 2011 auf der 32. International Electric Propulsion Conference in Wiesbaden vorgelegt. Die TransMIT wird uns weiter unten nochmals begegnen.

Im Innern des neuen Geräts, das die ESA nach dem Labortest 2018 als den weltweit ersten elektrischen Schubantrieb bezeichnet, der Luftmoleküle aus der oberen Atmosphäre aufnimmt und als Treibstoff nutzt, werden diese Luftmoleküle komprimiert, bis sie zu thermischem, ionisiertem Plasma werden. Dann werden sie mit einer elektrischen Ladung versehen, um sie zu beschleunigen, und ausgestoßen, um Schub zu erzeugen. Dabei ist der Prototyp mit passivem Einlaß sehr einfach aufgebaut, es gibt keine Ventile oder komplizierte Teile.

Beim ersten Test in einer Vakuumkammer wird Xenon verwendet, um sicherzustellen, daß das Triebwerk wiederholt gezündet werden kann. Nachdem dies gelingt, ersetzt das Team einen Teil des Xenons durch ein Stickstoff-Sauerstoff-Luft-Gemisch. Schließlich wird das System wiederholt ausschließlich mit atmosphärischem Treibstoff gezündet, um die Machbarkeit des Konzepts zu beweisen.

Im Rahmen des Zukunftskongresses 2b AHEAD im Juni 2018 in Wolfsburg wird die SITAEL für die elektrische Strahlrudertechnologie RAM-EP mit dem 2b AHEAD Innovation Award 2018 ausgezeichnet.

Im September 2019 wird auf der 36. International Electric Propulsion Conference in Wien von Fachleuten der SITAEL und des Politecnico di Torino das Papier ,Development Roadmap of SITAEL’s RAM-EP System’ präsentiert. Der im Netz einsehbare Beitrag präsentiert eine vorläufige Systemanalyse des oben erwähnten, 2017 von SITAEL entwickelten und getesteten RAM-EP.

Neben einem vereinfachten Modell zur Leistungsbewertung einer RAM-EP-Plattform wird auch eine Entwicklungsroadmap vorgestellt, um ein flugreifes Design zu entwickeln, einschließlich technologischer Lösungen und eines potentiellen Missionsszenarios.

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Als Ergebnis wird im Dezember das EU-geförderte Projekt AETHER (Air-breathing Electric Thruster) gestartet, an dem ein internationales Konsortium aus sechs Ländern beteiligt ist. Neben der SITAEL sind dies das belgische von Karman Institute for Fluid Dynamics, die britische University of Surrey sowie die Firmen RHP-Technology aus Österreich, Dedalos aus Griechenland sowie Astos Solutions und TransMIT, beide aus Deutschland.

Maßgebliches Ziel von AETHER ist es, die RAM-EP-Technologie für eine künftige In-Orbit-Demonstrationsmission vorzubereiten und Europa an die Spitze des noch weitgehend unerschlossenen Bereichs des luftatmenden Elektroantriebs zu bringen. Im März 2020 veröffentlicht AETHER einen ersten Marktanalysebericht, im Oktober 2021 einen zweiten, die beide auf der Projekthomepage einsehbar sind.

Anfang November beginnt die Testkampagne eines der Schlüsselelemente der Technologie: Der Particle Flow Generator (PFG) ist ein modifizierter Hall-Effekt-Thruster, der mit einem Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch betrieben wird und in der Lage ist, eine Hochgeschwindigkeitsströmung zu erzeugen, die der Atmosphäre ähnelt, auf die ein Raumfahrzeug in sehr niedrigen Orbit trifft. Während des Tests werden u.a. Dutzende von Materialproben dem Stickstoff-Sauerstoff-Strom ausgesetzt, um die Auswirkungen der hochenergetischen Teilchen auf diese Proben zu bewerten. Das entwickelte PFG wird am Ende der Kampagne zum Testen des montierten RAM-EP-Systems mit seinem Einlaß verwendet.

Außerdem wird im November von Mitarbeitern der SITAEL und der University of Surrey die einsehbare Studie ,Air-breathing electric propulsion: Flight envelope identification and development of control for long-term orbital stability’ veröffentlicht, in der ein Modell für das Raumfahrzeug auf Systemebene entwickelt wird, das die Wechselwirkung zwischen Triebwerk, Einlaß und Solarzellenfeldern berücksichtigt und mit einer Berechnung des Luftwiderstands gekoppelt ist.

Die letzte Meldung auf der AETHER-Projekthomepage stammt vom Oktober 2022 und besagt, daß das Projektteam an der Fertigstellung eines Informationspakets arbeitet, das bei kommenden Konferenzen und Symposien eingesetzt werden soll - weitere Neuigkeiten sind nicht zu finden.

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In Bezug auf den Projektbereich für Ionenquellen in der Materialbearbeitung (IQM) der o.e. Firma TransMIT ist zu ergänzen, daß man hier zwischen März und November 2024 mit einem Budget von 250.000 € an dem ESA-Projekt ,Mars Atmosphere-Breathing Electric Propulsion Thruster’ arbeitet, bei dem das Triebwerk mit CO₂-Mischungen gespeist wird, die der Marsatmosphäre entsprechen.

Die Artikel ,Radio Frequency Atmosphere Breathing Ion Engine development’ vom Juni 2024, ,Numerical framework for the development of atmosphere-breathing electric propulsion for Earth and Mars atmosphere’ vom November, sowie ,Atmosphere-Breathing Electric Propulsion in Earth and Mars Orbits: Basic Feasibility Studies and the Case for Radio-Frequency Ion Thrusters’ vom September 2025 sind alle im Netz einsehbar.

Bei einem weiteren ESA-Projekt, das 2025 unter dem Titel ,Cathodeless Electric Propulsion Thruster for VLEO Applications’, startet, leitet IQM die Entwicklung eines kathodenlosen elektrischen Antriebs, der den Bedarf an externen Neutralisatoren in atmosphärischen Atmungssystemen beseitigen soll.

Im März 2026 wird die Konstruktionsprüfung für den neuen, kathodenlosen Triebwerkstyp erfolgreich abgeschlossen. Das Projekt schreitet nun weiter zur Hardware-Entwicklung, Integration und experimentellen Erprobung eines verkleinerten Prototyps.

 

Da das Thema der luftatmenden elektrischen Triebwerke geschlossen zur Sprache kommen soll, wird hier auf weitere, ähnliche Entwicklungen auf internationaler Ebene hingewiesen.

 

Dazu gehört die 1985 von Vlad Hruby gegründete Firma Busek Co. Inc. in den USA, die sich im Jahr 2002 das Konzept eines luftatmenden Hall-Effekt-Triebwerks (ABHET) patentieren läßt (US-Nr. 6.834.492, erteilt 2004). Das Unternehmen, das auch zu den Pionieren der Hall-, Elektrospray- und RF-Ionen-Antriebe zählt, führt ab September 2011 für das NIAC der NASA eine einjährige Machbarkeitsstudie durch, deren Ergebnisse auf den Mars übertragen werden sollen, wo das System atmosphärisches Kohlendioxid einsaugen und ionisieren würde (Mars-ABHET oder MABHET).

In Laboruntersuchungen kann erfolgreich nachgewiesen werden, daß modifizierte Hall-Antriebe mit simuliertem Mars-Gas betrieben werden können. Dabei wird eine Effizienz von 22 - 25 % und ein Schub-zu-Leistungs-Verhältnis von rund 30 mN/kW erzielt. Die Ergebnisse werden unter dem Titel ,Atmospheric Breathing Electric Thruster for Planetary Exploration’ beim NIAC Spring Symposium im März 2012 präsentiert und sind im Netz einsehbar. Ansonsten scheint die Firma Busek die ABHET-Technologie aber nicht weiterverfolgt zu haben.

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In Japan arbeitet die Raumfahrtbehörde JAXA seit 2004 an der Entwicklung des Konzepts ABIE (Air Breathing Ion Engine), bei dem ein ringförmiger passiver Einlaß die Nutzlast in seinem Innendurchmesser beherbergt und die Luft zu einem Ionentriebwerk im hinteren Bereich leitet. Das Konzept wird im Laufe der Jahre verfeinert und in Bodenexperimenten sowohl unter gepulsten als auch unter kontinuierlichen Ansaugbedingungen getestet.

Um das Konzept des atmosphärischen Kompressions- und Ionisierungsprozesses in der Umlaufbahn zu demonstrieren, plant die JAXA, ein Experimentiersystem an Bord des dritten japanischen Raumtransporters zur ISS HTV-X zu installieren, dessen Start Ende 2026 oder im Laufe des Jahres 2027 vorgesehen ist. Das Atmospheric Inhalation Ion Engine On-orbit Demonstration System (ABIE on-orbit eXperiment system o. ABIE-X) soll den Prozeß während der Endphase des Abstiegs im echten Weltraum messen und validieren.

Die bisherigen Forschungsergebnisse und Details zu ABIE-X werden im Oktober 2026 veröffentlicht, wobei der Text ,ABIE-X: On-orbit proof-of-concept experiment of air-breathing ion engine’, an dem auch Wissenschaftler der Kobe University beteiligt sind, im Netz öffentlich einsehbar ist. Das künftige Ziel der JAXA besteht darin, ein Triebwerkssystem und einen mit ABIE ausgestatteten Satelliten zu realisieren, der tatsächlich Antriebsenergie erzeugen und semipermanent weiterfliegen kann.

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In Großbatterien ist das 2021 gegründete Unternehmen NewOrbit Space Ltd. zu nennen, das an einem luftatmenden Ionenantriebssystem arbeitet, das auf einem Hochfrequenz-Ionenmotor in Verbindung mit einer Hochfrequenz-Kathode basiert. Nach Angaben des Unternehmens wurde das System unter Vakuumbedingungen mit atmosphärischer Luft als Treibstoff getestet, die Ergebnisse sind öffentlich aber nicht zugänglich.

Anfang April 2024 schließt NewOrbit unter der Führung von Yes VC und mit Beteiligung von Atlantic Labs, Lifeline Ventures und Offline Ventures eine Seed-Finanzierungsrunde in Höhe von 7,5 Mio. $ ab, und nur eine Woche später erhält das Unternehmen von der Europäischen Weltraumorganisation ESA einen Auftrag im Wert von 175.000 €, um die Entwicklung des Antriebs weiter voranzutreiben. Dabei geht es um die Durchführung von Kopplungstests des luftatmenden Hochfrequenz-Ionenantriebs (RF) mit Gitterelektrode, der luftatmenden RF-Kathode und zwei speziellen Hochfrequenzgeneratoren (RFGs).

Auf der 38. International Electric Propulsion Conference im Juni in Toulouse präsentiert NewOrbit eine Studie mit dem Titel ,Performance Characterisation of an Air-breathing Thruster Neutralised by an Air-breathing Cathode at NewOrbit Space’, die im Netz einsehbar ist. Darin werden Leistungsmessungen des ABEP beschrieben, der mit Gemischen aus Sauerstoff und Stickstoff bei einer RF-Eingangsleistung von 120 W betrieben wird. Dabei wird ein Schub von bis zu 15,1 mN beobachtet, was zu einem maximalen Schub-Leistungs-Verhältnis von 13,4 mN/kW führt.

Im August werden das Triebwerk und die Kathode in einer neuen Vakuumkammer zum ersten Mal vollständig mit Sauerstoff und Stickstoff betrieben, wobei das deutlich niedrigere Druckniveau der neuen Kammer für eine wesentlich weltraumähnlichere Umgebung sorgt, die es ermöglicht, noch genauere und zuverlässigere Tests der Hardware durchzuführen.

Im Juli 2025 stellt NewOrbit seinen ersten kommerziellen Satelliten vor: NEO-1 wird als der weltweit erste luftatmende Satellit beschrieben, der für den nachhaltigen Betrieb in einer sehr niedrigen Erdumlaufbahn in einer Höhe von 180 - 250 km (andere Quellen: 200 - 300 km) konzipiert wurde. Der für einen fünfjährigen Flug ausgelegte Satellit wird von dem firmeneigenen luftatmenden Ionentriebwerk angetrieben, das inzwischen den Namen AURA bekommen hat.

Im Mai 2026 gibt es einen zweiten ESA-Vertrag im Wert von 400.000 €, um den Antrieb zur Startreife zu bringen. Die Mittel sollen dabei helfen, einen 1.000-stündigen Dauertest des AURA-Triebwerks in Originalgröße durchzuführen, das sich mittlerweile in der siebten Generation befindet. Bis Jahresende wird die Antriebskette 200 Stunden lang zusammen betrieben - 150 Stunden mit Luft und 50 Stunden mit Xenon.

Weitere Neuigkeiten gibt es im September 2026, als NewOrbit einen bestätigten Starttermin für NEO-1 im dritten Quartal 2028 bekannt gibt. Diese Ankündigung folgt auf eine Serie A Finanzierungsrunde in Höhe von 18,5 Mio. $, die von Voyager Ventures geleitet wurde, mit Beteiligung der Angel-Investoren David Kirk und Lawrence Leuschner sowie dem Family Office Custos, Atlantic.vc, Lifeline Ventures, LGF und Illusian. Mit diesen Mitteln soll nun im britischen Themse-Tal der NEO-Produktionskomplex gebaut und 2027 eröffnet werden.

Aktuell bietet die Firma drei AURA-Versionen an: AURA-X, ein Xenon-Ionen-Antrieb für Satelliten von 150 - 500 kg; AURA-MINI, ein nur 7 kg schweres, komplette Antriebspaket; sowie AURA-RAM, ein elektrischer Antrieb mit Luftatmung, der für Missionen unter atmosphärisch dichten Bedingungen entwickelt wurde, z.B. in sehr niedrigen Umlaufbahnen um die Erde, den Mars oder die Venus. Er kann in zwei Modi arbeiten: mit atmosphärischen Partikeln im Luftatmungsmodus und mit gespeichertem Treibstoff wie Xenon.

Außerdem stellt NewOrbit im September die neueste Generation des elektrischen Antriebssystems vor: Das EM2 ist das bislang fortschrittliche Entwicklungsmodell mit einem optimierten und stärker integrierten Design, von dem bereits sechs Einheiten hergestellt wurden. Der Antrieb wird nun einer Qualifizierungskampagne unterzogen, die bis Ende des ersten Quartals 2027 abgeschlossen werden soll. Anschließend werden die verbleibenden EM2-Einheiten zu Flugmodellen und in den NewOrbit-Satelliten integriert.

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In den USA läuft derweil das Ende Dezember 2022 angekündigte Programm OTTER (Operational Transition of Air-breathing Technologies for Extended Range) der DARPA, das offiziell im Oktober 2023 startet und dessen Ziel ebenfalls die Entwicklung und Demonstration von luftatmenden elektrischen Antriebssystemen für Satelliten in einer sehr niedrigen Erdumlaufbahn ist.

Im April 2024 vergibt die DARPA an das Luft- und Raumfahrtunternehmen Phase Four Inc. einen Vertrag in Höhe von 14,9 Mio. $ über vier Jahre für die Entwicklung und Lieferung eines entsprechenden luftatmenden elektrischen Antriebssystems, bei dem die Hochfrequenz-Triebwerkstechnologie der 2015 von Simon Halpern und J. P. Sheehan gegründeten Firma mit Hauptsitz in El Segundo, Kalifornien, zum Einsatz kommen wird.

Phase Four brachte schon im Januar 2021 seinen Plasma-Antrieb Maxwell Block I an Bord von zwei Kleinsatelliten in die Luft, die mit einer SpaceX Falcon 9 Rakete als Teil des Transporter-1 Rideshare ins All gestartet sind und über mehrere Jahre hinweg Erdbeobachtungsmissionen in einer niedrigen Erdumlaufbahn durchführten.

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Inzwischen ist der Maxwell-Antrieb, der mit einer Größe von 19 x 19 x 13,5 cm und einem Gewicht von weniger als 6 kg als das leichteste und kompakteste Leistungsplasma-Antriebssystem im mittleren Leistungsbereich gilt, das zu diesem Zeitpunkt auf dem Markt erhältlich ist, auf mehreren kommerziellen Kleinsatelliten im Einsatz, um diese je nach Höhe der Umlaufbahn und der Masse 3 - 5 Jahre lang in ihrer optimalen Umlaufbahn zu halten.

Im April hatte das Unternehmen dann vom Air Force Research Laboratory (AFRL) einen Auftrag in Höhe von 750.000 $ erhalten, um die Verwendung von Jod als Treibstoff in den elektrischen Maxwell-Triebwerken zu testen. Jod bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Treibstoffen wie Xenon und Krypton, da es nicht unter hohem Druck gelagert werden muß, wodurch Gewicht und Komplexität eingespart werden. Zudem ist es weitaus billiger als das Xenon, das vom Maxwell-Triebwerk verwendet wird.

Der traditionelle Nachteil von Jod, daß es die Komponenten der Triebwerke korrodiert, ist beim Maxwell-Antrieb kein Problem, da er anstelle empfindlicher Kathoden die   Hochfrequenztechnologie zur Beschleunigung des Treibstoffs und zur Schuberzeugung verwendet. Mit den Mitteln des AFRL wird die Arbeit an einer Prototypversion dieses Triebwerks finanziert, mit der später auch Schubmessungen durchgeführt werden.

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Im Dezember 2021 stellte das Unternehmen mit dem Maxwell Block II die nächste Generation des RF-Thrusters vor, die eine Leistungsverbesserung von über 85 % gegenüber der Vorläufergeneration aufweist und bei einer Eingangsleistung von 500 W einen Schub von mehr als 13 mN erreicht. Außerdem wurde die Fähigkeit des Thrusters demonstriert, mit einer Vielzahl von nicht-traditionellen Treibstoffen zu arbeiten, darunter Wasser, Isopropylalkohol sowie Sauerstoff-Stickstoff-Gemische.

In der Folgezeit konzentrierte sich Phase Four besonders auf die weitere Optimierung der Leistung der Hochfrequenztriebwerke und die Skalierung des Systems auf über 1 kW Eingangsleistung.

Im Februar 2022 wurde dann ein weiterer Vertrag mit der DARPA geschlossen, der die Anpassung des RF-Thrusters für den Betrieb mit einem neuartigen, kostengünstigen ,grünen’ Treibstoff, der als ungiftige Alternative zu herkömmlichem Hydrazin am AFRL entwickelt worden war, sowie die Entwicklung eines Proof-of-Concept-Triebwerksprototyps und Tests in einer Vakuumkammer vorsieht.

Daß der Antrieb bei einer Vielzahl von Leistungsstufen und Durchflußraten mit dem neuen Advanced Spacecraft Energetic Non-Toxic (ASENT)-Treibstoff betrieben werden kann,  demonstriert die Firma erstmals im November erfolgreich. Phase Four arbeitet nun an der Optimierung der Triebwerksparameter, mit Blick auf einen späteren Test in der Erdumlaufbahn.

Im November 2024 kündigt Phase Four an, die elektrischen Antriebskomponenten sowohl für den Betrieb mit ASCENT wie auch als hydrazinbasiertes Multimodussystem, das die Integration eines beliebigen chemischen Treibstoffs in das elektrische Antriebssystem erlaubt, bis Ende des ersten Quartals 2025 auszuliefern. Der zwischenzeitlich entwickelte Maxwell Block III kann ausschließlich mit dem chemischen Treibstoff betrieben werden, so daß keine Xenon- oder Krypton-Zusatztanks benötigt werden, was die Konstruktion des Systems erheblich vereinfacht, während gleichzeitig Größe, Gewicht und Kosten reduziert werden.

Die Firma, die neben den Radiofrequenz-Plasmatriebwerken auch elektrodenlose Radiofrequenz-Plasmatriebwerke (RF-Thruster) sowie ein Maxwell-Antriebssystem für Kleinsatelliten und eine Valkyrie-Hall-Effekt-Triebwerkslinie im Angebot hat, wird im September 2025 verkauft und aufgeteilt, wobei die Hall-Effekt-Sparte von Apex übernommen wird, während die Multimode-Antriebe an Quantum Space gehen.

In Bezug auf die erst 2022 von Ian Cinnamon und Max Benassi gegründete Apex, (o. Apex Group Ltd.) einem Hersteller von in Serie gefertigten, konfigurierbaren Satellitenbusplattformen, ist zu ergänzen, daß diese im gleichen September den Abschluß einer Finanzierungsrunde der Serie D in Höhe von 200 Mio. $ bekanntgibt. Die Übernahme der Hall-Effekt-Thruster (HET)-Technologie von Phase Four soll es Apex nun ermöglichen, die interne Produktion von Antriebssystemen zu beschleunigen und das Risiko für ein wichtiges Bus-Subsystem zu verringern.

Der Raumfahrzeughersteller Quantum Space aus Alabama wiederum, der um die gleiche Zeit eine A-Finanzierungsrunde mit 40 Mio. $ abschließt, übernimmt neben der multimodalen Antriebstechnologie auch die Integrations- und Testeinrichtung von Phase Four in Hawthorne, Kalifornien, die bis zu 100 Motoren pro Jahr herstellen kann.

Neben der inzwischen aufgeteilten Phase Four sind noch andere Luft- und Raumfahrtunternehmen in das OTTER-Programm der DARPA eingebunden, die bewußt Parallelaufträge vergibt, um unterschiedliche Konzepte der luftatmenden Triebwerkstechnologien zu testen.

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Missions-Integrator ist die Firma Redwire Corp. aus Jacksonville, Florida, die ihre eigens entwickelte, modulare und für die Erdbeobachtung und Atmosphärenerfassung ausgelegte Satellitenplattform SabreSat (o. SabreSat Orbital Drone) nutzen wird, die eine spezielle aerodynamische Form besitzt, um dem hohen atmosphärischen Luftwiderstand in sehr niedrigen Erdumlaufbahnen standzuhalten.

Nachdem Redwire bereits im Juni 2024 den initialen Zuschlag erhalten hatte, vergibt die DARPA im November 2025 einen Folgevertrag in Höhe von 44 Mio. $ an das Unternehmen, um die finale Fertigung und die Lieferung des Satelliten zu finanzieren. Mit einem Missionsstart wird im Laufe des Jahres 2027 gerechnet.

Eine Seltenheit ist der große Wert, den Redwire auf den visuellen Eindruck legt. Mit dem langen, abgerundeten Rumpf und einer ovalen Nase, einem großen vertikalen Sonnensegel, das wie ein Stabilisator wirken kann und gleichzeitig die Energiequelle bildet, sowie den zwei schrägen Heckflossen auf jeder Seite sieht die Gesamtform auf den Renderings eher wie ein Segelflugzeug oder ein Nurflügler aus.

Die glatte, abgerundete Nase und der lange Rumpf verringern den Luftwiderstand und leiten die Luft in einen Ansaugbereich im Inneren, um mit der gesammelten Luft das elektrische Triebwerk am hinteren Ende des Rumpfes zu speisen.

Ebenfalls im OTTER-Programm aktiv sind die Firmen CU Aerospace aus Champagne, Illinois, die im Mai 2026 einen Vertrag über 3,8 Mio. $ erhält und ein innovatives, luftatmendes magnetoplasmadynamisches Triebwerk (MPD Thruster) entwickelt, sowie die in Colorado ansässige Electric Propulsion Laboratory Inc. (EPL), die bereits in der Anfangsphase einen Vertrag im Wert von bis zu 6,7  Mio. $ erhielt und an Air Breathing ELectric (ABEL)-Triebwerken arbeitet, die ebenfalls als Antriebsoption für Redwires Satellitenplattform evaluiert werden.

Zu den weiteren Unternehmen in den USA, die elektrische Triebwerke mit Luftansaugung zu entwickeln, gehört die 2023 in El Segundo, Kalifornien, durch Rostislav Spektor und Matthew Feldman gegründete Viridian Space Corp., die im August 2025 vom SpaceWERX-Programm der US-Luftwaffe 1,25 Mio. $ für eine elektrische Antriebstechnologie für die sehr niedrige Erdumlaufbahn erhält. Die Viridian-Satelliten sollen bis zu zehn Jahre lang in der Umlaufbahn bleiben.

Im Februar 2026 unterzeichnet die Firma mit dem Air Force Research Laboratory (AFRL) einen fünfjährigen Kooperationsvertrag zur gemeinsamen Forschung und Entwicklung, wodurch das Start-Up Zugang zu den Testeinrichtungen und dem Fachwissen über Satellitenbetrieb auf der Kirtland Air Force Base der AFRL in New Mexico erhält, um dort seine Air-Scooping Electric Thruster (ASET)-Technologie weiterzuentwickeln.

Ende September 2026 erhält Viridian zudem einen von der National Science Foundation (NSF) finanzierten NASA-Auftrag zur Erforschung und zum Entwurf aerodynamischer Steuerflächen für Satelliten in einer sehr niedrigen Erdumlaufbahn, bei dem die Firma mit der University of Washington zusammenarbeiten wird. Bislang gibt es keine technische Details oder konkrete Zeitpläne für einen Einsatz im Orbit.

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In Indien gründen Christopher Parmar und Anupam Kumar, beide ehemalige Ingenieure der Indian Space Research Organisation (ISRO), Anfang 2025 die Firma Orbitt Space mit Sitz in Ahmedabad, deren Schwerpunkt ebenfalls die Entwicklung von aerodynamischen Satellitenbussen und ABEP-Triebwerken ist.

Nach einer Pre-Seed-Finanzierung in Höhe von 1 Mio. $ unter der Leitung von pi Ventures und mit Beteiligung von IIMA Ventures unterzeichnet die Orbitt Space im Dezember 2025 eine Absichtserklärung mit der Regierung von Gujarat, in deren Rahmen die Firma in den nächsten drei Jahren über 20 Mio. $ investieren wird, um in dem Bundesstaat eine hochmoderne Test- und Produktionsanlage zu errichten. Mit dem Liquid Propulsion Systems Centre (LPSC) der ISRO wird zudem eine Vereinbarung für Antriebstests geschlossen.

Außerdem erhält die Firma im Januar 2026 einen IN-SPACe Seed Fund Scheme- Zuschuß in Höhe von umgerechnet gut 100.000 $ für eine vollständige Missionsvirtualisierung und ein autonomes Konstellationsmanagementsystem.

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Wie im August 2026 bekannt wird, arbeitet auch das im Jahr 2021 gegründete Raumfahrt-Start-Up Kreios Space mit Sitz in Nigrán in Spanien an der Entwicklung von luftatmenden elektrischen Antriebssystemen. Die Firma hatte erst im September des Vorjahres eine Seed-Runde über 8 Mio. € abgeschlossen, die vom NATO Innovation Fund (NIF) angeführt wurde, was ein Beleg für das militärische Interesse an der Technologie ist.

Eine der treibenden Kräfte hinter der Finanzierung des Start-Ups ist die regionale Regierungsagentur Xesgalicia in Galicien, die sich aktiv als Co-Investor sowohl an der Pre-Seed-Runde im Jahr 2024 beteiligt, die der Kreios Space 2,3 Mio. € einbringt, als auch an der Seed-Finanzierungsrunde in Höhe von 8 Mio. € im September 2025.

Darüber hinaus unterstützt das spanische Ministerium für Industrie und Tourismus (ENISA) das Unternehmen mit einem zinsgünstigen staatlichen Gründerdarlehen, und über das nationale Raumfahrtprogramm Programa Tecnológico Espacial (PTE) sichert sich Kreios Space Ende 2024 eine zusätzliche Förderung in Höhe von 1,12 Mio. € für die Beteiligung an Technologie-Konsortien.

Das Hauptziel des Projekts namens SIA3D (3D Printing Air Injection System for ABEP) ist es, das luftatmende Triebwerksdesign so zu verfeinern, daß es den extremen Bedingungen im Orbit standhält. Um dies zu erreichen, setzt Kreios Space den metallischen 3D-Druck ein, mit dem hochkomplexe, aerodynamische Strömungskanäle mit ultradünnen Trichterwänden für den Lufteinlaß gefertigt werden.

Der 3D-Druck mit fortschrittlichen Hochleistungskeramiken und temperaturbeständigen Metallegierungen wird wiederum für die nahtlose Integration von Kühlstrukturen direkt in die gedruckten Triebwerkswände erprobt, um die Lebensdauer des Systems auf mehrere Jahre anzuheben. Das bei SIA3D entwickelte System wird als Backup-Mechanismus für das ABEP fungieren und bei Bedarf kontrolliert Gas einspritzen.

Die gedruckten Triebwerkskomponenten werden in Ultrahochvakuum-Kammern intensiven Qualifikationstests unterzogen, bei denen der kontinuierliche Gasstrom der Atmosphäre im niedrigen Orbit simuliert wird, um zu beweisen, daß die 3D-gedruckte Ionisationskammer stabil Plasma erzeugt und fehlerfrei Schub generiert.

Darüber hinaus entwickelt die Firma auf Initiative der spanischen Raumfahrtbehörde (AEE) ab Januar 2025 und in Zusammenarbeit mit der Universität Vigo sowie den Unternehmen Aistech Space und Telespazio Ibérica ein Satellitensystem zur Früherkennung und Überwachung von Waldbränden. Das Projekt wird 30 Monate dauern und ist mit 4 Mio. € ausgestattet.

Januar 2026 startet zudem das bis September 2028 laufende und von Kreios Space koordinierte Forschungs- und Entwicklungsprojekt MANA (Manufactura Avanzada para la Nueva Astronáutica), dessen Ziel die Herstellung kritischer Komponenten für atmosphärische elektrische Antriebssysteme durch fortschrittliche Fertigungstechnologien ist. Das Projekt umfaßt die Entwicklung von vier Prototypen, hauptsächlich aus Aluminium- und Titanlegierungen. Partner sind dabei sind die Firmen Lupeon und Promega aus Galizien sowie das österreichische Unternehmen AdditiveXperts, alles Spezialisten für fortschrittliche additive Fertigung und Ultrapräzisionsbearbeitung.

Zur Erprobung seiner Technologie wird das Unternehmen den MP42-Mikrosatellitenbus des Kleinsatellitenherstellers und Missionsintegrators Kongsberg NanoAvionics aus Litauen nutzen, der in seiner endgültigen Konfiguration etwa 200 kg wiegt. Der erste praktische Flugtest im All ist für das Jahr 2028 angesetzt.

 

Für eine vertiefende Beschäftigung mit luftatmenden elektrischen Triebwerken ist die außerordentlich umfangreiche und detaillierte Arbeit von Wissenschaftlern der National University of Defense Technology in China zu empfehlen, die im Oktober 2020 unter dem Titel ,A Comprehensive Review of Atmosphere-Breathing Electric Propulsion Systems’ veröffentlicht wird und im Netz einsehbar ist.

 

Weiter mit der allgemeinen Chronologie: Im April 2017 erhält das von Prof. Gerard K. O’Neill bereits 1977 gegründete Space Studies Institute (SSI) einen Phase I Auftrag des NIAC-Programms der NASA zur Erforschung des Mach-Effekts. Die Geschichte reit weit zurück und sollte daher von Anfang an erzählt werden:

Der Physiker Prof. James F. Woodward, von der California State University, Fullerton trägt im Oktober 1990 eine Hypothese vor, die mehrere physikalische Effekte vorhersagt, welche er als Mach-Effekte bezeichnet und die zuammengenommen auch als Woodward-Effekt bekannt werden. Sein damaliger Artikel ,A new experimental approach to Mach’s principle and relativistic gravitation’ ist im Netz immer noch auffindbar.

1994 erhält Woodward ein Patent für eine vorgeschlagene Vorrichtung, die diesen Effekt nutzt: ,Method for transiently altering the mass of objects to facilitate their transport or change their stationary apparent weights’ (US-Nr. 5.280.864, angemeldet 1992). Im Jahr 1995 erweitert er seine Hypothese dahingehend, daß der Effekt als reaktionsloser Antrieb, der von einem piezoelektrischen Kristall ausgeht, der in einem phasenstarren Magnetfeld schwingt, für die Raumfahrt genutzt werden könne. Auf der Konferenz des Breakthrough Propulsion Physics Program-Workshops der NASA hält er 1997 einen Vortrag über dieses Konzept.

Woodwards Hypothese beruht auf dem nach Ernst Mach benannten Mach’schen Prinzip, das besagt, daß Trägheit ein Ergebnis der gegenseitigen Anziehungskraft aller Materie im Universum ist. Wenn also die Masse eines gegebenen Objekts variiert werden kann, während es auf einer linearen oder orbitalen Bahn oszilliert, so daß die Masse hoch ist, während es sich in eine Richtung bewegt, und niedrig, während es sich zurückbewegt, dann sollte der Nettoeffekt eine Beschleunigung in eine Richtung sein, da der Trägheitswiderstand des Universums auf das Objekt variiert, wenn seine Masse variiert. Ein Raumfahrzeugmotor, der diesen Effekt ausnutzt, könnte so die Beschleunigung ohne Raketentreibstoff erzeugen.

In einem späteren Text wird gesagt, daß der Trick darin besteht, die Energieschwankungen und mechanischen Schwingungen richtig zu ,timen’, was die Verwendung von zwei Frequenzen erfordert - der ersten und der zweiten Harmonischen, wobei die zweite Harmonische den eigentlichen Schub erzeugt.

Bei der Konstruktion und dem Bau seiner Apparate verwendet Woodward Kondensatoren und eine Reihe dicker Scheiben aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), ein piezoelektrisches Keramikmaterial, das als elektromechanisches Antriebselement verwendet werden kann, um ein daran plaziertes Objekt zu beschleunigen: Seine kristalline Struktur dehnt sich aus, wenn eine gewisse elektrische Polarität angelegt wird, und zieht sich zusammen, wenn das gegensätzliche Feld angelegt wird. Der Kondensator wird zwischen den PZT-Antriebselementen hin- und herbewegt, während er elektrisch aufgeladen wird, um seine innere Energiedichte zu ändern. Später werden auch Apparate gebaut, die ausschließlich aus PZT-Scheiben bestehen.

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Woodward und seine Mitarbeiter berichten, erfolgreich Kräfte gemessen zu haben, die groß genug für den praktischen Einsatz sind. So berichtet Thomas Louis Mahood, der später bei Woodward promovierte, in seiner Master-Arbeit im November 1999 über Schubkräfte im Bereich von 0,03 - 15 µN, die er in einem Aufbau mit einem Drehmomentpendel in einer Vakuumkammer gemessen hatte. Die 77-seitige Arbeit mit dem Titel ,A Torsion Pendulum Investigation of Transient Machian Effects’ ist im Netz abrufbar.

Gemeinsam melden Woodward und Mahood im Jahr 2000 das Patent ,Method And Apparatus For Generating Propulsive Forces Without The Ejection Of Propellant’ an (US-Nr. 6.347.766, erteilt 2002). Die Gruppe soll auch an der Entwicklung dem Prototyp eines Triebwerks arbeiten, das auf Stapeln piezoelektrischer Scheiben basiert und winzige vorübergehende Massenschwankungen ausnutzen soll, hat bislang aber keine praktisch funktionierenden Geräte öffentlich vorgeführt.

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Im Juli 2003 berichteten Hector H. Brito vom Instituto Universitario Aeronáutico (IUA) und Sergio A. Elaskar von der Universidad Nacional de Córdoba in Argentinien auf der 39. Joint Propulsion Conference and Exhibit in Huntsville in ihrer im Netz einsehbaren Arbeit ,Direct Experimental Evidence of Electromagnetic Inertia Manipulation Thrusting’ von Schubwerten von etwa 50 µN. In den Folgejahren veroeffentlichen die Autoren ,Experimental status of thrusting by electromagnetic inertia manipulation’ (2004) und ,Overview of Theories and Experiments on Electromagnetic Inertia Manipulation Propulsion’ (2005).

Auf dem Space Technology and Applications International Forum 2004 (STAIF-2004) im Februar in Albuquerque, New Mexico, präsentiert Paul March, der seit 1998 bei Lockheed Martin Space Operations in Houston Forschungen im Bereich unkonventioneller Antriebe durchführt und später zu den Eagleworks Laboratory der NASA wechselt, einen 10-seitigen Bericht über die erfolgreiche Wiederholung von Woodwards früheren Experimenten, der unter dem Titel ,Woodward Effect Experimental Verifications’ einsehbar ist.

Ebenfalls im Jahr 2004 berichten John G. Cramer und seine Kollegen von der University of Washington, daß sie im Auftrag der NASA ein Experiment zur Überprüfung von Woodwards Hypothese durchgeführt hätten, die Ergebnisse jedoch nicht eindeutig seien, da ihr Versuchsaufbau starken elektrischen Störungen ausgesetzt war, die die Auswirkungen des Tests überdeckt hätten.

Im Januar 2006 veröffentlichen Martin Tajmar und weitere Experten der Österreichischen Forschungs- und Technologiegesellschaft ARC Seibersdorf research GmbH (später: Austrian Institute of Technology) die Ergebnisse einer Untersuchung zu dem Woodward-Effekt, die mit einer hochempfindlichen Schubwaage durchgeführt wurde, die für Feldemissionstriebwerke entwickelt worden war. Als Resultat empfehlen die Forscher weitere Tests (,Experimental Study of the Machian Mass Fluctuation Effect Using a μN Thrust Balance’).

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Auf dem STAIF-2006 im Februar 2006 präsentieren March und Andrew Palfreyman ein Papier mit ihren Forschungen über den Mach-Effekt und dessen Ableger, den Mach-Lorentz-Thruster (MLT), die beide von Woodward entwickelt wurden. In der Arbeit ,Mach-Lorentz Thruster Spacecraft Applications’ wird der Woodward-Effekt als eine vorübergehende Massenfluktuation in energiespeichernden Ionen beschrieben.

March zufolge gibt es zwei interessante theoretische Begriffe, die die Funktionsweise des Mach-Lorentz-Thrusters beschreiben - der erste ist eine Gleichung, die einen hochskalierbaren reaktionslosen Antrieb vorhersagt, wie er im Labor beobachtet wurde, und der zweite sagt Wurmlocheffekte voraus, die eines Tages einen negativen Massenzustand erzeugen könnten, der zur Stabilisierung eines durchquerbaren Wurmlochs nützlich ist.

Das Potential, das den Mach-Lorentz-Antrieben zugesprochen wird, falls es gelingt, ihre Schubkraft von ~ 1 × 10^-5 Newton pro Watt (N/W) auf ~ 1,0 N/W zu erhöhen, ist gewaltig. Ein vorläufiger Entwurf für ein 26,5 Tonnen schweres Raumfahrzeug mit MLT-Antrieb, würde Reisen von der Erdoberfläche zur Oberfläche des Mondes nur mit elektrischer Brennstoffzellen- und Batterieenergie möglich machen, sofern eine Energieversorgung von 100 W/kg zur Verfügung steht. Die Hin- bzw. Rückflugzeit könnte für eine zweiköpfige Besatzung mit einer Nutzlast von 2 Tonnen jeweils weniger als zwölf Stunden betragen.

In einem zweiten Papier mit dem Titel ,The Woodward Effect: Math Modeling and Continued Experimental Verifications at 2 to 4 MHz’ berichten die Autoren zudem über experimentelle Verifizierungsversuche mit Hilfe von elektrischen Lineartriebwerken, die auf der Heaviside-Lorentz-Krafttransformation basieren. In einem Hochfrequenz-Test mit 2,2 MHz wird eine unidirektionale und reversible Nettokraft in der Größenordnung von rund 3,14 mN gemessen. Die Testergebnisse deuten darauf hin, daß diese Geräte, wenn sie vollständig entwickelt sind, mit Ionentriebwerken konkurrieren können.

Nach einer Pause von einigen Jahren, wie es scheint, wiederholen Ricardo L. Marini und Eugenio S. Galian vom IUA frühere Experimente, doch ihre Ergebnisse fallen negativ aus, und die zuvor gemessenen Effekte werden ausschließlich auf störende elektromagnetische Interferenzen zurückgeführt. Ihr Ende erscheinender 2010 Bericht ,Torsion Pendulum Investigation of Electromagnetic Inertia Manipulation Thrusting’ ist im Netz einsehbar.

Im Jahr 2011 geben Harold ,Sonny’ White vom NASA-Labor Eagleworks und sein Team bekannt, daß sie die Geräte aus Marchs Experiment von 2006 unter Verwendung von Kraftsensoren mit verbesserter Empfindlichkeit erneut testen. Die im Dezember veröffentlichten Ergebnisse sind auf der NASA-Seite aber nicht mehr auffindbar.

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Woodward publiziert im Dezember 2012 ein Buch über die Anwendung der von seiner Hypothese vorhergesagten physikalischen Effekte auf die Raumfahrt mit dem Titel ,Making Starships and Stargates: The Science of Interstellar Transport and Absurdly Benign Wormholes’, das als Springer-Taschenbuch allerdings 64 € kostet.

Gemeinsam mit Heidi Fearn (später: Hal Fearn) von der California State University, Fullerton veröffentlicht er in der Folgezeit mehrere Berichte über die Ergebnisse weiterer Experimente, in denen die beiden nach hypothetischen Störursachen suchten, die auf thermische, elektromagnetische oder Dean-Drive-Effekte zurückzuführen sein könnten, und die ihrer Ansicht nach ausgeschlossen werden sollten: ,Recent Theory & Experimental work on Mach Effect Thrusters’ (2012); ,Recent Results of an Investigation of Mach Effect Thrusters’ (2012); sowie ,Experimental Null test of a Mach Effect Thruster’ (2013).

Von March wiederum wird im September 2012 ein 27-minütiges Videointerview unter dem Titel ,Paul March on Reactionless Drives’ veröffentlicht.

Im April 2013 kündigt das SSI die Exotic Propulsion Initiative an, ein neues, privat finanziertes Projekt, dessen Ziel es ist, Woodwards Experimente zu wiederholen und anschließend, sofern sich diese als erfolgreich erweisen, exotische Antriebe zu entwickeln. Das Programm der Initiative wird vom SSI-Präsidenten Gary C. Hudson auf dem NIAC-Symposium der NASA im Januar 2014 vorgestellt. Außerdem reicht das Institut ein drittes Patent ein (US-Nr. 9.287.840, erteilt 2016).

Im Jahr 2014 testet Nembo Buldrini im Forschungszentrum der FOTEC Forschungs- und Technologietransfer GmbH in Österreich ein Woodward-Gerät an einer Schubwaage im Hochvakuum und bestätigt qualitativ das Vorhandensein des Effekts. Er reduziert die Anzahl möglicher falsch positiver Ergebnisse, empfiehlt jedoch aufgrund der relativ geringen Größe des Effekts weitere Untersuchungen. Sein einsehbarer Bericht ,Verification of the thrust signature of a Mach effect device’ erscheint im September 2016.

Die FOTEC entwickelt übrigens hochpräzise elektrische Triebwerke für den Formationsflug und die Lagekontrolle von Satelliten. Neben Hochleistungs-Triebwerken für wissenschaftliche Missionen hat das Unternehmen auch ein kommerzielles Produkt entwickelt: den IFM Nano Thruster, der auf der Field Emission Electric Propulsion (FEEP)-Technologie basiert und erstmals im Januar 2018 im Orbit demonstriert wird.

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Nach der erfolgreichen Premiere beginnt die Ausgründung ENPULSION die Systeme unter den Namen Nano, Micro und Nexus zu vermarkten. Bei diesen Antrieben werden Indium-Ionen, die bei Raumtemperatur fest, sicher und inert sind, elektrostatisch an einer porösen Wolfram-Kronen-Emitterspitze ionisiert und beschleunigt.

Im November 2014 erläutert Charles Platt in dem Artikel ,Strange Thrust: The Unproven Science That Could Propel Our Children into Space’ die Arbeit von Woodward in einer Weise, die für fast jeden verständlich ist. Der reichhaltige und bebilderte Bericht ist auf der Seite boingboing.net noch online.

Im September 2016 veranstaltet das SSI den Breakthrough Propulsion Workshop, bei dem Fachlaute aus der ganzen Welt drei Tage lang Vorträge und Diskussionen über die neuesten Fortschritte beim EMDrive, beim Mach-Effekt und anderen verwandten Technologien halten. Alle Präsentationen sind auf dem YouTube-Kanal der SSI verfügbar, und der 337-seitige, sehr zu empfehlende Tagungsband steht auf der Seite SSI.org zum kostenlosen Download bereit.

Im April 2017 erhält das SSI einen Phase I Auftrag des NIAC-Programms der NASA zur Erforschung des Mach-Effekts. Das verantwortliche Team besteht neben Woodward selbst aus Fearn, March, Hudson sowie Bruce Long, José Rodal und Marshall Eubanks.

Bei dem Vorhaben ,Mach Effects for In Space Propulsion: Interstellar Mission’ geht es erstens um die Verbesserung der derzeitigen Geräte im Labormaßstab, um einen Langzeitschub auf einem Niveau zu erreichen, das für praktische Antriebsanwendungen erforderlich ist; zweitens um den Entwurf und die Entwicklung einer Stromversorgung und elektrischer Systeme zur Rückkopplung und Steuerung der Eingangswechselspannung und der Resonanzfrequenz, die den Wirkungsgrad des MET bestimmen; sowie drittens um die Verbesserung der theoretischen Schubvorhersagen und das Erstellung eines zuverlässigen Modells des Geräts zur Unterstützung der Optimierung des Entwurfs.

Letztlich sollen der maximale Schub, der von einem Gerät erreicht werden kann, und die Größe der Triebwerke vorhergesagt werden, die erforderlich sind, um eine konzeptionelle interstellare Sonde namens SSI Lambda mit einer Länge von 3 m, einem Durchmesser von 1,5 m und einer Gesamtmasse von 1.245 kg, einschließlich einer Nutzlast von 400 kg, in eine Entfernung von acht Lichtjahren zu schicken.

Martin Tajmar veröffentlicht im September 2017 den Artikel ,Mach-Effect thruster model’, in welchem er ein detailliertes analytisches 1D-Modell vorstellt, das die Parameter des Piezo-Materials und die Abmessungen der Geometrie berücksichtigt und zu korrekten Schubvorhersagen führt, die mit den experimentellen Messungen übereinstimmen. Damit können nun Skalierungsgesetze abgeleitet werden, um den Schubbereich und die Effizienz zu verbessern.

Im Februar 2018 folgt der Bericht ,Mach Effects for in Space Propulsion: Interstellar Mission’, an dem u.a auch Woodward, Fearn, March und Hudson mitwirken, und bei dem es um ein Mach-Effekt-Antriebssystem geht, das in der Lage ist, Proxima Centauri in 20 - 25 Jahren zu erreichen und Daten zur Erde zurückzuschicken.

Im März wird das Team des SSI für eine Phase 2 Förderung ausgewählt, um die Forschung und Entwicklung des Mach Effect Gravitational Assist (MEGA)-Antriebs weiter zu unterstützen. Die Fördermittel der NASA betragen dabei insgesamt 625.000 $.

2019 melden Woodward und Fearn einen bedeutenden Durchbruch, nachdem sie die Halterung des Triebwerks überarbeitet hatten, das nach der Optimierung mehr als 100 µN erzeugte, eine Größenordnung größer als alles, was jemals zuvor erreicht worden war.

Woodward und der MEGA-Drive gehören zudem zu den festen und am sachlichsten diskutierten Themen der im November 2020 gegründeten Alternative Propulsion Engineering Conference (APEC), einer kostenlosen Online-Community-Veranstaltung, die Innovatoren, Spitzenphysiker, Wissenschaftler, Ingenieure der NASA, der DARPA und des AFRL sowie Hobbybastler zusammenbringt, die gemeinsam an der Beherrschung der Schwerkraft und der Verwirklichung bahnbrechender Antriebe arbeiten.

Die APEC, die sich auch mit anderen Antrieben wie dem EmDrive, mit Casimir-Vorrichtungen und mit Experimenten zur Kontrolle der Schwerkraft befaßt, ist ein weiterhin aktives Gemeinschaftsprojekt der Organisationen Falcon Space und American Antigravity. Die APEC-Seite altpropulsion.com bietet viel weiterführendes Material.

Eine der letzten Publikationen von Woodward, die auch im Netz vollständig einsehbar ist, trägt den Titel ,Keeping the Dream Alive: Is Propellant-less Propulsion Possible?’ und stammt vom Januar 2021. Darin berichtet er: „Um sicherzugehen, daß die Schubkraftzunahme real ist, hat das SSI George D. Hathaway mit der Durchführung einer Wiederholung beauftragt, die derzeit läuft. Und das NIAC hat Mike McDonald vom NRL angewiesen, nächstes Jahr einen Nachbau durchzuführen. Wir werden also bald wissen, ob dieses Antriebssystem wirklich funktioniert“. Über Hathaways Arbeiten findet sich mehr auf der Seite des SSI.

Woodward stirbt Anfang August 2025 im Alter von 84 Jahren. Einen funktionierenden Antrieb gibt es bislang nicht.

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Im August 2017 stellen Wissenschaftler der Purdue University um die Professorin Alina A. Alexeenko auf der 31. AIAA/USU Conference on Small Satellites in Logan, Utah, ein wasserbasiertes Mikroantriebssystem für CubeSats vor, das in Zusammenarbeit mit dem Goddard Space Flight Center der NASA entwickelt worden war, das seit Beginn der Entwicklung des Konzepts im Jahr 2013 auch entscheidende Mittel bereitgestellt hat.

Der gezeigte Purdue-Prototyp ist ein Kubus mit einer Kantenlänge von 10 cm und einem Gewicht von 2,8 kg, der mit handelsüblichen elektronischen Komponenten ausgestattet ist, wie einem Computer und einer Trägheitsmeßeinheit. Das Besondere daran ist jedoch das Antriebssystem mit dem sperrigen Namen Film-Evaporation MEMS Tunable Array (FEMTA). Unter diesem Titel findet sich im Netz eine Präsentation vom August 2015, in welcher die Funktion und die Herstellungsmethode genau erklärt werden.

In den Prototyp sind vier dieser FEMTA-Triebwerke eingebaut, von denen jede etwa einen Teelöffel ultrareines Wasser enthält, als billiger, reichlich vorhandener und sicherer Treibstoff.

Ansonsten bestehen die Triebwerke aus mikroskaligen Düsen, die auf Siliziumwafern mit in der Industrie üblichen Nanofabrikationstechniken im Scifres Nanofabrication Laboratory hergestellt wurden. Der zugehörige Tank ist voll von Kapillaren mit einem Durchmesser von etwa 10 µm, die zu klein sind, als daß das Wasser aufgrund seiner Oberflächenspannung ausfließen könnte, auch nicht im Vakuum des Weltraums.

Um zu kontrollieren, wann es entweicht, können kleine Heizelemente an den Enden der Kapillaren aktiviert werden, die das Wasser zu Dampf erhitzen und Nanosekunden kurze Wasserdampfstöße erzeugen, welche das Fahrzeug drehen. Auf diese Weise werden die Kapillaren zu Ventilen, die durch Aktivieren der Heizelemente ein- und ausgeschaltet werden können.

Bei Tests in einer Vakuumkammer erreicht das energieeffiziente Lageregelungssystem ein Schubkraft-Leistungs-Verhältnis von 230 µN/W, das eine Schwenkgeschwindigkeit von etwa fünf Grad pro Sekunde erlaubt. Damit kann eine 180°-Drehung in weniger als einer Minute durchgeführt werden und benötigt weniger als ein Viertel Watt. Während der derzeitige Prototyp vier Triebwerke verwendet, mit denen es sich um eine Achse drehen kann, müßte ein CubeSat in der Umlaufbahn jedoch in der Lage sein, sich in drei Dimensionen auszurichten, und bräuchte daher zwölf Triebwerke.

Das Ziel des Teams ist nun die Skalierung auf eine tatsächliche Weltraummission. Um die Satelliten zu mobilisieren und präzise steuern zu können, sind jedoch noch Verbesserungen bei dem Mikroantriebssystem erforderlich. Immerhin wurde bereits ein Patentantrag für das Konzept eingereicht, das nochmals auf der  IEEE Pulsed Power and Plasma Science Conference im Juni 2019 in Orlando, Florida, vorgestellt wird. Danach scheint es aber keine weiteren Veröffentlichungen gegeben zu haben.

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Um auch bei den wasserbasierten Antriebssystemen im Kontext zu bleiben, ist als nächstes das 2017 gegründete und in Santa Clara beheimatete amerikanisch-russische Start-Up Momentus Inc. (o. Momentus Space LLC) des Physikers und Ingenieurs Mikhail Kokorich zu erwähnen, der bereits 2011 Russlands erstes privates Luft- und Raumfahrtunternehmen Dauria Aerospace aus der Taufe gehoben hatte, und der nun Raumfahrtzeuge mit Wasser antreiben will.

Sein Mikrowellen-Elektrowärmetriebwerk (Microwave Electrothermal Thruster, MET) ist ein thermisches Lichtbogentriebwerk für Raumfahrzeuge, das vereinfacht ausgedrückt die Sonnenenergie nutzt, um das als Treibstoff verwendete Wasser mit Mikrowellen auf die Temperatur der Sonnenoberfläche zu erhitzen und das überhitzte Gas, das Plasma, dann durch eine Düse auszustoßen, um Schub zu erzeugen. Der Vorteil dieser Technik besteht darin, daß extrem schnell ein sehr großer Schub erzeugt wird, zudem soll sie effizienter und leistungsfähiger sein als Ionenantriebe mit Xenon-Gas.

Momentus schließt im Juli 2017 einen Vertrag mit der Berliner Firma ECM Space (o. ECM space technologies GmbH; später: Exolaunch) ab, einer Ausgründung der Technischen Universität Berlin (TU Berlin) von 2010, um gemeinsam schon im März oder April 2019 einen kleinen Satelliten mit der Wasserplasma-Antriebstechnologien an Bord zu Demonstrationszwecken ins All zu bringen. Das Orbitalfahrzeug ist in einem 61 x 71 x 25 cm großen Aluminiumbus untergebracht und wiegt 80 kg.

Außerdem sichert sich das Unternehmen im November 2018 Startkapital in Höhe von 8,3 Mio. $ für die Entwicklung seiner Wasser-Plasmatriebwerke. Geleitet wird die Investitionsrunde von Prime Movers Lab aus Jackson, Wyoming, ebenfalls beteiligt sind Liquid 2 Ventures, One Way Ventures, Mountain Nazca und Y Combinator.

Ab 2020 will Momentus mit der Vigoride (o. Vigoride Orbital Service Vehicle, OSV), einer Rakete mit einem vorläufigen Preis von 1,2 Mio. $, den Transport von Satelliten mit einer Masse von ca. 250 kg (andere Quellen: 300 - 750 kg) zu neuen Zielen in der niedrigen Erdumlaufbahn anbieten. Zu diesem Zeitpunkt will die Firma dann auch mit der Erprobung der nächsten Generation seiner ,Space Tugs’ namens Vigoride Extended beginnen, die zu einem Preis von 4,8 Mio. $ Nutzlasten von 100 - 400 kg von einer niedrigen Erdumlaufbahn in eine geostationäre Transferbahn, eine geostationäre Umlaufbahn, eine Mondumlaufbahn oder zu anderen Zielen im Weltraum bringen kann.

Zunächst muß Momentus aber unter Beweis stellen, daß der anfangs Zeal genannte Antrieb, der die Basis für spätere kommerzielle Produkte bilden soll, tatsächlich praktikabel ist.

Im Februar 2019 unterzeichnet Momentus einen weiteren Vertrag mit der Firma Exolaunch (ehemals: ECM), die mehr als 6 Mio. $ dafür zahlen wird, daß Momentus 2020 mit dem nun offiziell präsentierten Weltraumschlepper Vigoride Satelliten in eine niedrige Erdumlaufbahn, und 2021 mit dem im Folgemonat vorgestellten Vigoride Extended von der niedrigen in eine geosynchrone Umlaufbahn bringt. Zusätzlich zu diesem Vertrag hat Momentus eigenen Angaben zufolge bereits unverbindliche Absichtserklärungen im Wert von etwa 400 Mio. $ für seine Transportdienste im Weltraum, darunter welche von Deimos Space aus Madrid.

Im Mai gibt Momentus Pläne für den Dienst Vigoride Extended Line bekannt, die den gesamten Transport vom Boden bis zur endgültigen Umlaufbahn übernimmt. Dabei agiert die Firma als Vermittler, der spezielle Fahrten oder Fahrgemeinschaften mit Startpartnern bucht, wie z.B. der ABL Space Systems, die Flüge in die niedrige Erdumlaufbahn für 12 Mio. $ anbietet.

Anfang Juli 2019 bringt Momentus den ersten Prototypen seines Wasserplasma-Antriebssystems auf einem von Astro Digital aus Santa Clara, Kalifornien, gebauten 16-U-CubeSat als sekundäre Nutzlast (zusammen mit 32 weiteren sekundären Nutzlasten) an Bord einer russischen Sojus-2-1b/Fregat-Rakete in eine sonnensynchrone Umlaufbahn in 580 km Höhe. Die Hauptnutzlast auf diesem Flug ist der Wetter- und Klimaüberwachungssatellit Meteor M2-2 von Roskosmos.

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Bei der Momentus X1 Mission El Camino Real, benannt nach der von frühen spanischen Siedlern in Kalifornien gebauten Route, soll das leistungsstarke elektrothermische X-Band (10 GHz) Mikrowellen-Triebwerk mit genügend Wassertreibstoff lange genug laufen, um seine Leistung im Weltraum mit Dutzenden von Stopp-Start-Zyklen vollständig zu charakterisieren und das Fahrzeug dann sicher aus dem Orbit zu bringen.

Zudem kann sich die Firma im Zuge einer Finanzierungsrunde A im Juli weitere Mittel in Höhe von über 25,5 Mio. $ sichern, wodurch die Gesamtsumme, die bisher in Momentus investiert wurde, auf rund 34 Mio. $ steigt. Zu den Investoren gehören diesmal wieder der Hauptinvestor Prime Movers Lab sowie Y Combinator, neu hinzu kommt die University of Wyoming Foundation.

Zu diesem Zeitpunkt wird auch erstmals das Raumfahrzeug Ardoride der Öffentlichkeit präsentiert, das größte der drei Fahrzeuge, das speziell für schwere Frachten, den regelmäßigen Shuttle-Dienst zum Mond sowie für Deep-Space-Missionen entwickelt wurde.

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Das schwere Mond-Shuttle mit einer Nutzlastkapazität von bis zu 1.200 kg in der Erdorbit bzw. 800 kg in den Mondorbit nutzt eine größere Version des nun Ardor genannten Wasserantriebs und ist vollständig wiederverwendbar, da er im All mit Wasser nachgetankt wird und so langfristig dort verbleiben kann.

Nachdem Mometus im September 2019 eine Erklärung veröffentlicht, der zufolge der CubeSat die Technologie validiert und bewiesen habe, daß der Wasser-Plasma-Antrieb jetzt technologisch ausgereift genug sei, um als Grundlage für Weltraumtransportmissionen zu dienen, verliert die Firma im November den Kontakt zu dem Satelliten.

Davon unabhängig unterzeichnet Momentus im Dezember 2020 einen Vertrag mit der Canadensys Aerospace Corp. über die Beförderung eines 50 kg schweren Raumfahrzeugs in die niedrige Mondumlaufbahn im Zeitraum 2023 bis 2024, womit Canadensys zum ersten Kunden wird, der das Rideshare-Dienstfahrzeug Ardoride bucht.

Im August 2021 fusioniert Momentus mit der Mantelfirma Stable Road Capital, um den Börsengang vorzubereiten, doch unmittelbar vor und nach dem IPO stellt die US-Börsenaufsicht (Securities and Exchange Commission, SEC) fest, daß Momentus die Anleger über die technologische Reife seiner Antriebe belogen hatte. Interne Unternehmensdokumente würden den Erfolg als 100 Triebwerkszündungen definieren, von denen jede mindestens eine Minute dauert, aber das Triebwerk hatte tatsächlich nicht einmal eine Zündung von dieser Dauer durchgeführt, und nur drei von 23 erzeugten Plasma. Diese Irreführung führt zu einer Strafzahlung von 7 - 8 Mio. $, die später durch einen Vergleich abgewendet wird.

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Allerdings gibt es nun auch noch andere, eher politische Schwierigkeiten, und Kokorich muß das Unternehmen im Jahr 2021 aufgrund US-amerikanischer Sicherheitsauflagen verlassen. Die Arbeit geht trotzenden weiter, und als erste Mission startet Vigoride-3 im Mai 2022 mit dem SpaceX Transporter-5, um u.a. zwei Satelliten für die LLITED-Mission der NASA auf eine spezielle Umlaufbahn bringen. Technische Probleme hindern Momentus jedoch daran, das MET an diesem Fahrzeug zu testen.

Im Januar 2023 folgt auf der SpaceX Transporter-6-Mission der Satellit Vigoride-5, der einen singapurischen CubeSat namens Qosmosys Zeus-1 aussetzt und zudem die Nutzlast eines weltraumgestützten Solarenergieprojekts des Caltech unterstützt, über das ausführlich im Kapitelteil der Solarsatelliten berichtet wird. Diese Mission markierte zudem einen wichtigen Meilenstein für das Unternehmen, da sein MET-System dabei die ersten Tests im Weltraum erfolgreich abschließen kann.

Zwar meldet Momentus für 2022 einen Nettoverlust von 91,3 Mio. $, erklärt aber, daß man über ausreichende Reserven verfüge, um den Bedarf für das nächste Jahr zu decken.

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Der Träger Vigoride-6, der im April auf der SpaceX Transporter-7-Mission startet, ist der dritte Satellit, den Momentus in die Umlaufbahn bringt, mit diversen Nutzlasten an Bord. Darunter auch ein von der Firma selbst entwickelter Technologie-Demonstrator - das Tape Spring Solar Array (TASSA), das aus großen Blättern flexibler Solarzellen besteht, die mit Bandfedern verbunden und zum Verstauen straff um einen Dorn gewickelt werden sind. Nach dem Start rollen Motoren den Dorn ab und entfalten so das Solararray.

Im Mai wird mitgeteilt, daß der MET-Antrieb des Vigoride-5-Fahrzeugs seit dem Start im März mehr als 35 Mal mit unterschiedlicher Dauer gezündet hat, was ausgereicht hat, um dem Luftwiderstand entgegenzuwirken und die Umlaufbahn des Fahrzeugs anzuheben. Das MET hat insgesamt mehr als 140 Minuten lang gezündet, wobei die Brenndauer jeweils zwischen 30 Sekunden und sechs Minuten lag. Die Brennvorgänge haben die Umlaufbahn von Vigoride-5 um mehr als 3 km erhöht.

Ebenfalls im Mai 2023 bieten Momentus und Astroscale der NASA eine Lösung an, um die Umlaufbahn von Hubble zu erhöhen und die Lebenszeit des Weltraumteleskops zu verlängern, das sich seit 33 Jahren im Orbit befindet, und in dieser Zeit um etwa 30 km abgesunken ist. Andernfalls ist zu erwarten, daß das Observatorium irgendwann Mitte bis Ende der 2030er Jahre wieder in die Atmosphäre des Planeten eintritt.

Die 2013 von Nobu Okada in Tokio gegründete Firma Astroscale ist ein Spezialist für die Wartung von Satelliten im Orbit mittels der RPOD-Technologie (Rendezvous, Proximity Operations and Docking), die kontrollierte Flugmanöver in unmittelbarer Nähe von nicht mehr steuerbaren oder torkelnden Objekten im All ermöglicht. Außerdem möchte das Unternehmen Müllbeseitigungsdienste in der Umlaufbahn erbringen.

Sollte die NASA den Zuschlag erteilen, würde eine noch zu benennende Rakete eine Vigoride-Raumfähre in eine niedrige Erdumlaufbahn bringen, und das mit der RPOD-Technologie ausgestattete Raumfahrzeug würde sich dem Weltraumteleskop nähern und es einfangen. Zusammengeführt würde Vigoride dann eine Reihe von Manövern durchführen, um Hubble um bis zu 50 km weit anzuheben, also in eine höhere Umlaufbahn als die, die das Teleskop ursprünglich einnahm.

Nach Abschluß dieser Aufgabe würde sich das System von Hubble abkoppeln und mit der Beseitigung potentiell bedrohlicher Trümmerteile innerhalb der neuen Umlaufbahn des Teleskops beginnen. Vieles davon ist allerdings experimentell und unerprobt, was die NASA bei der Prüfung dieses Vorschlags sicherlich berücksichtigt.

Im Gegensatz zu den fünf früheren Wartungsmissionen zwischen 1993 und 2009, bei denen die Besatzungen von Space-Shuttle-Missionen Batterien, Gyroskope und Elektronikboxen von Hubble ausgetauscht und aktualisierte wissenschaftliche Instrumente installiert hatten, kann die aktuelle Mission zur Anhebung der Umlaufbahn vollständig von Robotern durchgeführt werden.

Darüber hinaus wird im Mai eine Vereinbarung mit Hello Space über die Beförderung einer gehosteten Nutzlast eines Demo-Deployers mit vier Pocketqube-Satelliten auf der Mission Vigoride-7 unterzeichnet, die voraussichtlich im Oktober mit dem SpaceX Transporter-9 starten soll. Diese Mission wird im Juli verschoben, damit sie mit einer umfangreicheren Ladung an Nutzlasten fliegen kann. Nun soll sie Anfang 2024 mit der SpaceX Transporter-10 in den Orbit fliegen.

Im August 2023 bietet Momentus eine Version des Vigoride-Schleppers als Satellitenbus für kommerzielle und staatliche Kunden an. Der Bus namens M-1000 ähnelt dem Vigoride-Orbitaltransferfahrzeug, jedoch ohne das wasserbasierte Antriebssystem. Stattdessen gibt es Optionen für chemische und elektrische Antriebssysteme von Drittanbietern.

Während das Unternehmen fast sein gesamtes Kapital verbrennt, enttäuschen die Vigoride-Weltraumschlepper im Orbit. Anfang 2024 steht Momentus kurz vor der Insolvenz, muß Missionen absagen und entläßt Teile der Belegschaft. Der Aktienkurs stürzt so tief, daß die Nasdaq im September die Einstellung des Handels androht. Um an der Börse zu überleben, vollzieht das Management im Dezember einen Aktiensplit im Verhältnis 1:14. Dadurch wird der optische Kurs künstlich über die kritische 1-$-Grenze gehoben, um die Nasdaq-Kriterien wieder zu erfüllen.

Als die NASA im August 2024 drei Unternehmen auswählt, die Startdienste für künftige Missionen der Behörde anbieten sollen, gehört neben den Firmen Arrow Science and Technology LLC und Impulse Space Inc. auch die Momentus Space dazu. Der Abruf der Dienste erfolgt über einen VADR-Vertrag (Venture-Class Acquisition of Dedicated and Rideshare).

Tatsächlich wird der o.g. Schlepper Vigoride-7 erst Ende März 2026 an Bord einer Falcon-9-Rakete gestartet, als Teil der kommerziellen Transporter-16-Mission mit mehreren wissenschaftlichen und technologischen Nutzlasten der NASA, um die Erdatmosphäre zu untersuchen, die Kommunikation im Weltraum zu verbessern und neue Wärmeschutzmethoden zu testen.

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Eine der Nutzlasten, die von der Vigoride-Sonde im Orbit ausgesetzt und von Momentus Space betrieben wird, ist der 6U-CubeSat des Forschungsprojekts R5-S10 (Realizing Rapid, Reduced-cost Spacecraft 10)  der NASA-Abteilung Small Spacecraft and Distributed Systems (SSDS). Nach dem Ausbringen und dem autonomen Checkout des Satelliten, demonstriert dieser erfolgreich autonome Rendezvous- und Dockingmanöver, die es Raumfahrzeugen ermöglichen, sicher in geringer Entfernung zu operieren, wie es für zukünftige Inspektions- und Wartungsmissionen im Weltraum erforderlich ist.

Im Oktober meldet Momentus, daß Vigoride-7 erfolgreich eine weitere Annäherungs- und Rendezvous-Demonstration durchgeführt hat, bei der kostengünstige kommerzielle Komponenten für die Sensoreinheit in einer Mission mit einem NASA-Satelliten eingesetzt wurden. Die Operation wurde im Rahmen eines Vertrags in Höhe von 1,86 Mio. $ mit SpaceWERX, dem Innovationszweig der U.S. Space Force, durchgeführt, der Momentus zuvor als Ergebnis des Wettbewerbs Sustained Space Maneuver (SSM) Challenge von 2024 erteilt worden war.

Die nächste Mission Vigoride-8 soll im Jahr 2027 mit zwei NASA-Nutzlasten fliegen. Darüber hinaus hat Momentus auch mit der Arbeit an seiner Raumsonde Vigoride-9 begonnen.

Trotz kurzzeitiger Kurserholungen durch die neuen NASA- und Pentagon-Aufträge hat die Aktie inzwischen über 99,9 % ihres Wertes verloren. Das Unternehmen versucht, sich durch wiederholte, stark verwässernde Kapitalerhöhungen am Leben zu halten und stabilisiert seine Cash-Reserven im Jahr 2026 zeitweise wieder. Ob es damit langfristig bestehen kann, bleibt abzuwarten.

Im Zuge der Recherchen stieß ich auf eine Art Vorläuferin von Kokorich, denn die deutsche Physikerin Monika Auweter-Kurtz hatte am Instituts für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart bereits im Jahr 2005 ein thermisches Lichtbogentriebwerk (TLT) entwickelt, das in der Vision mit Wasserstoff, in der Realität mit Ammoniak oder Hydrazin funktioniert. Die Expertin hatte sich 1991 am IRS mit ihrer Arbeit ,Lichtbogenantriebe für Weltraumaufgaben’ habilitiert, bevor sie 1992 zur Professorin für Raumtransporttechnologie berufen wurde.

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Bei thermischen Lichtbogenantrieben fließt zwischen Anode und Kathode ein elektrischer Strom durch den Lichtbogen. Im Bogeninneren wird die gasförmige Treibmasse auf bis zu 30.000°C aufgeheizt, dann in einer Düse entspannt, um schließlich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 20 km/s auszutreten. Bei Versuchen mit Wasserstoff werden 15 km/s erreicht.

Daneben werden am IRS, das zu diesem Zeitpunkt über die einzige Bodentestanlage weltweit verfügt, in der große Plasmaantriebe unter Weltraumbedingungen einem Dauertest unterzogen werden können, auch Magnetoplasmadynamische Triebwerke auf ihre Tauglichkeit hin überprüft, sogenannte MPD-Antriebe, die ebenfalls auf dem Lichtbogenprinzip beruhen. Bei diesen wird die Schubkraft durch ein Magnetfeld erzeugt, das den Treibmasse direkt beschleunigt, wobei bei Nutzung eines externen Magnetfeldes 40 km/s erreicht werden.

Kleine, thermische Lichtbogentriebwerke sind bereits im Einsatz, insbesondere Russland hat relativ viele davon in ihren Meteorsatelliten eingesetzt und entwickelt auch einige weiter. Die USA haben ihrerseits 1999 erste Tests mit einem 26 kW Gerät gemacht. An der Uni Stuttgart werden hingegen Antriebe mit einem Leistungsniveau von 100 kW getestet, die als die derzeit größten thermischen Lichtbogentriebwerke der Welt gelten, obwohl sie nicht länger als 30 cm sind.

Um zum Mars zu kommen oder größere Lastentransporte im Weltall abzuwickeln, etwa für den Bau einer Mondstation, sind allerdings noch weitaus größere Antriebe erforderlich. Nach Einschätzung der Wissenschaftlerin könnte der Lichtbogenantrieb in 15 Jahren reif für eine Mars-Mission sein, die dann in gut 18 Monaten zu schaffen wäre.

Schwachpunkte sind, daß Wirkungsgrad von Lichtbogentriebwerken mit nur 15 - 20 % sehr schlecht ist, und daß kein kontinuierlicher Betrieb möglich ist, da die Triebwerke bei längeren Betrieb gekühlt werden müssen. Beim Hydrazin-Modell MR-510 von Aerojet z.B. ist nach einer Betriebszeit von einer Stunde eine Abkühlungsperiode von einer halben Stunde erforderlich.

Hierzu der Hinweis, daß die Firma Aerojet Rocketdyne, die im Juli 2023 von L3Harris Technologies übernommen wird, seit 1996 mehr als 44 geostationäre A2100-Satelliten von Lockheed Martin mit MR-510 Hydrazin-Arcjet-Systemen ausgestattet hat, um deren Nord-Süd-Ausrichtung zu gewährleisten.

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Zwischenzeitlich bereitet sich das Stuttgarter Team um Auweter-Kurtz auf eine Mission vor, um die zwei Antriebe im Weltall zu testen. Bei der Lunar Mission BW1 soll voraussichtlich 2009 mit einer indischen Trägerrakete ein kleiner Institutssatellit mit einer Kantenlänge von ca. 1 m und einer Masse von rund 200 kg zum Mond gebracht werden, wobei die Reise gut ein Jahr dauern wird.

Mehrere Monate soll der Satellit dann den Erdtrabanten umkreisen und schließlich kontrolliert auf die Mondoberfläche stürzen. Aufgrund einer fehlenden Anschlußfinanzierung und der Fokusverschiebung am IRS kommt es jedoch nie zu einer finalen Realisierung oder einem Start. Stattdessen wird die Physikerin im Oktober 2009 immerhin mit der Stuhlinger-Medaille ausgezeichnet, der höchsten internationalen Auszeichnung für Forscher im Bereich elektrischer Raumfahrtantriebe. Ab November 2010 ist sie dann Direktorin der German Aerospace Academy (ASA) in Böblingen.

Das Stuttgarter Kleinsatellitenprogramm konzentriert sich in der Folgezeit auf andere Satellitenplattformen, obwohl thermische Lichtbogentriebwerke nach wie vor zum Forschungsportfolio einer Arbeitsgruppe unter der Leitung von Prof. Stefanos Fasoulas gehören. Der Fokus ist aber auf alternative Antriebe gerichtet, wie den oben bereits erwähnten atmosphärenatmenden elektrischen Antrieb (ABEP).

 

 

Zwei Hinweise zum Abschluß: Auf Wikipedia befand sich einst eine ,Liste der Raumflugkörper mit elektrischem Antrieb’, die zwischenzeitlich allerdings verschwunden ist. Elektrische Antriebe werden nun unter dem Oberbegriff Antriebsmethoden für die Raumfahrt aufgeführt.

Eine ehemals übersichtliche Seite mit ausführlichen Details, die inzwischen, wie so viele andere, leider mit Werbung vollgekleistert ist, stammt von David Darling: Advanced Propulsion Concents and Projects.

 

Damit endet die lange Reise durch die wahrlich große Welt der erneuerbaren Energien und der elektrischen Mobilität. Doch bevor Sie meinen digitalen fliegenden Teppich wieder verlassen, gibt es noch ein Abschluß-Statement, das ich Ihnen ans Herz legen möchte.

 

Weiter mit dem Abschluß-Statement...