Elektromagnetischer Antrieb

Ein elektromagnetischer Antrieb beschleunigt einen Treibstoff nicht durch chemische Verbrennung, sondern mit elektrischen und magnetischen Feldern. Dazu wird ein Gas wie Xenon zunächst ionisiert, also in geladene Teilchen verwandelt. Diese Ionen werden anschließend durch Felder auf hohe Geschwindigkeit gebracht und nach hinten ausgestoßen. Der Rückstoß treibt das Raumschiff vorwärts. Bei den elektromagnetischen Varianten spielt die Lorentzkraft die Hauptrolle, also die Kraft, die ein Magnetfeld auf bewegte Ladungen ausübt.

Diese Antriebe gehören zur Familie der elektrischen Raumfahrtantriebe. Innerhalb dieser Familie unterscheidet man verschiedene Bauarten. Das gerasterte elektrostatische Ionentriebwerk beschleunigt die Ionen mit einem elektrischen Feld zwischen Gittern. Der Hall-Effekt-Triebwerk nutzt ein Magnetfeld, um Elektronen einzufangen, mit denen es das Treibgas ionisiert und die Ionen dann beschleunigt. Diese Technik wird seit den 1960er Jahren erforscht und liefert einen moderaten, aber sehr effizienten Schub.

Der große Vorteil liegt in der Effizienz. Chemische Raketen verbrennen ihren Treibstoff in wenigen Minuten und liefern viel Schub auf einmal. Ein Ionentriebwerk dagegen schiebt nur sanft, dafür über Monate oder Jahre. Die NASA beschreibt das anschaulich am Ionenantrieb der Raumsonde Dawn, die für eine Beschleunigung von null auf knapp hundert Stundenkilometer rund vier Tage Dauerbetrieb braucht. Über lange Zeiträume summiert sich dieser leise Druck jedoch zu enormen Geschwindigkeitsänderungen, und der sparsame Treibstoffverbrauch macht weite Reisen erst möglich.

Die Sonde Dawn ist das beste reale Beispiel für diese Brücke zur interplanetaren Raumfahrt. Mit ihrem Ionentriebwerk vom Typ NSTAR, das zuvor schon auf Deep Space 1 flog, wurde sie zur ersten Sonde, die ein Objekt im Asteroidengürtel umkreiste, nämlich Vesta im Jahr 2011, und später die erste, die einen Zwergplaneten erreichte, Ceres im Jahr 2015. Kein anderes Raumschiff hat bisher zwei fremde Himmelskörper nacheinander umkreist. Möglich war das nur durch die Sparsamkeit des elektrischen Antriebs.

Für die Science-Fiction ist der elektromagnetische Antrieb deshalb so wertvoll, weil er real existiert und trotzdem nach Zukunft schmeckt. Wer in einer Geschichte glaubwürdige Raumfahrt im Sonnensystem zeigen will, ohne in die Fantasie überlichtschneller Antriebe zu fliehen, greift auf genau diese Technik zurück. Lange, geduldige Reisen zwischen den Planeten, angetrieben von einem leise glühenden Ionenstrahl, sind physikalisch plausibel.

Gleichzeitig markiert der Antrieb eine ehrliche Grenze. Er bringt uns durch das Sonnensystem, aber nicht zu den Sternen. Für interstellare Reisen reicht selbst seine Effizienz nicht aus, weil die Entfernungen zu groß sind. So steht der elektromagnetische Antrieb für eine Raumfahrt, die hart, langsam und machbar ist, und bildet damit das realistische Gegenstück zu den Warp-Träumen der Space Opera.