Im Rahmen von zwei Projekten untersuchten Forscher der University of Illinois Urbana-Champaign die Verwendung eines Antriebskonzepts namens Multimode-Antrieb, um Raumfahrzeuge zum Mond zu bringen, und entwickelten eine Technik zur Entwicklung optimaler Multimode-Transfers.
Die NASA lieferte dem Team vier reale Missionsszenarien. Ziel war es, zu untersuchen, wie ein Multimode-Antriebssystem funktionieren kann, das sowohl einen chemischen Hochschubmodus als auch einen elektrischen Niedrigschubmodus integriert – und dabei denselben Treibstoff verwendet. Sie untersuchten die Verwendung eines standardmäßigen 12-teiligen CubeSats zur Durchführung von vier verschiedenen Missionen.
„Wir haben zum ersten Mal die Machbarkeit des Einsatzes von Multimode-Antrieben bei für die NASA relevanten Mondmissionen, insbesondere mit CubeSats, gezeigt“, sagte Bryan Cline, Doktorand der Luft- und Raumfahrttechnik. „In anderen Studien wurden beliebige Probleme verwendet, was ein großartiger Ausgangspunkt ist. Unsere Studie ist die erste hochpräzise Analyse des Multimode-Missionsdesigns für für die NASA relevante Mondmissionen.“
Laut Cline liegt einer der Vorteile des Multimode-Antriebs gegenüber einem Hybridsystem darin, dass die Trockenmasse des Raumfahrzeugs erheblich eingespart werden kann. Wenn beispielsweise nur ein Treibstofftank benötigt wird, spart dies Masse und Volumen.
„Multimode-Antriebssysteme erweitern auch die Leistungsgrenzen“, sagte er. „Wir beschreiben sie als flexibel und anpassungsfähig. Ich kann einen chemischen Modus mit hohem Schub wählen, um schnell irgendwohin zu gelangen, und einen Elektrospray-Modus mit niedrigem Schub, um kleinere Manöver durchzuführen und in der gewünschten Umlaufbahn zu bleiben. Die Verfügbarkeit mehrerer Modi kann den Treibstoffverbrauch senken oder die Zeit bis zum Erreichen des Missionsziels verkürzen.“
Es gibt auch Vorteile gegenüber Hybridantriebssystemen, die mehrere Antriebsmodi haben, aber jeweils einen separaten Treibstoff verwenden.
Original Paper:
https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/1.A35820
