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DuPont Plunkett Award 2007: Teflon als Treibstoff für Reise zum Mond

07.02.2007 - (idw) Universität Stuttgart

Teflon ist im Alltag als Antihaftschicht in Bratpfannen bekannt. Wissenschaftler des Instituts für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart entwickelten nun gemeinsam mit der Firma ElringKlinger Kunststofftechnik in Bietigheim-Bissingen ein Verfahren, das es ermöglicht, das aus Polytetrafluorethylen (PTFE) bestehende Material als Treibstoffsystem für Satellitenantriebe einzusetzen. Hierfür erhielten Dr. Georg Herdrich und Anuscheh Nawaz und vom IRS sowie Dr. Michael Schlipf von ElringKlinger den DuPont Plunkett Award 2007. Der durch den DuPont-Konzern ausgeschriebene Preis wurde im Rahmen eines vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt geförderten Forschungsprojektes vergeben. Das IRS plant, die Treibwerke auf der Mondmission BW1 (Baden-Württemberg 1) als Marschtriebwerke zu verwenden. Die Vorbereitungen dazu laufen derzeit auf Hochtouren. Ob in der Nachrichtenübertragung, bei der Wetterbeobachtung oder bei Forschungssonden zur Erkundung des Weltraumes: Wo immer Satelliten unterwegs sind, benötigen sie Triebwerke, die sie in die korrekte Lage und Bahn bringen. Eine Möglichkeit für eine genaue Lage-Bahnregelung bieten elektrische Triebwerke wie das so genannte I-MPD Triebwerk (instationäres magnetoplasmadynamisches Triebwerk), das am IRS der Uni Stuttgart entwickelt wird. Dieser Triebwerkstyp verwendet als Treibstoff Teflon, das dem Triebwerk als Festtreibstoff zugeführt wird.
Der Vorteil von I-MPD-Triebwerken liegt in ihrem robusten und kompakten Gesamtsystem, ihrer Zuverlässigkeit sowie der einfachen Handhabung. So werden diese Triebwerke gepulst betrieben. Sie speichern die Energie zwischen und entladen diese dann in einem so genannten Impulsbit. Die äußerst feinen Stöße erlauben es, den Satelliten sehr genau zu positionieren. Zudem können die Triebwerke bei Bedarf beliebig oft wieder gezündet werden, bis der Treibstoff verbraucht ist. Dies macht sie besonders sparsam. So hat das am IRS entwickelte System eine Austrittsgeschwindigkeit von mehr als 12 Kilometern/Sekunde und braucht für den Weg zum Mond etwa 50 Kilogramm Teflon. Ein konventionelles chemisches Triebwerk würde hierfür etwa die dreifache Menge brauchen. Gerade bei Langzeitmissionen wie der BW1 ist der geringe Treibstoffverbrauch ein enormer Vorteil: Das Treibstofffördersystem und insbesondere die Lagerung des Festtreibstoffes auf dem nur einen Kubikmeter großen Satelliten stellen bei solchen Flügen eine der größten Herausforderungen dar.
Da der Treibstoff auf seiner Reise zum Mond starken Temperaturunterschieden ausgesetzt ist, muss er möglichst spannungsfrei und präzise hergestellt werden. Basierend auf dem vom Institut für Raumfahrtsysteme erarbeiteten Design entwickelte ElringKlinger Kunststofftechnik einen Prozess für die Herstellung eines helixförmigen Festtreibstoffes mit Teflon, der für die Mission besonders geeignet ist. Das Produkt erfüllt die Anforderungen bezüglich der Fertigungsgenauigkeit, der internen Spannungsfreiheit und der Dimensionsstabilität unter den unwirtlichen Bedingungen im All. Durch die Helixform ist es möglich, den Treibstoff mithilfe einer Drehfeder in das Triebwerk nachzuführen. Um Platz zu sparen, sieht das IRS-Design die Treibstoffförderung von zwei Seiten in das Triebwerk vor.
Die ersten Teflon-Testeinheiten wurden bereits erfolgreich in das Ingenieurmodell am IRS integriert, um weitere Triebwerksparameter für die Mondmission zu untersuchen. Der erste Satellit mit diesem neuartigen Treibstoffsystem, BW1, wird bis zum Ende dieses Jahrzehnts seine Mission beginnen. Die Beteiligten gehen davon aus, dass sich bald auch andere Länder, die auf dem Gebiet der Satellitentechnologie arbeiten, für das System interessieren. Zudem erwarten die Forscher weitere Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Hochgeschwindigkeitsplasmen für Laseranwendungen.

Um den DuPont Plunkett Award bewerben sich bedeutende Polymerverarbeiter und -institutionen aus der ganzen Welt. Der Preis ist nach dem Erfinder des Teflons, Roy J. Plunkett, benannt und mit 3.000 US-Dollar dotiert.

Weitere Informationen bei Dr. Georg Herdrich, Institut für Raumfahrtsysteme, Tel. 0711/685-62412, e-mail herdrich@irs.uni-stuttgart.de sowie bei Dr. Michael Schlipf, ElringKlinger Kunststofftechnik, Tel. 07142-583-0, e-mail info@elrichklinger-kunststoff.de.

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