Magnetoplasmadynamische Triebwerke

MPD-Triebwerk mit zylindrischer Geometrie (ZT)

Am Institut für Raumfahrtsysteme werden auch MPD-Triebwerke mit zylindrischer Geometrie untersucht, etwa das ZT3-Triebwerk, dessen thorierte Wolframkathode konisch geformt ist.

Schematische Darstellung eines zylindrischen MPD-Eigenfeldtriebwerks aus der ZT Baureihe.

ZT3 im Betrieb	ZT2-Kathode

Während bei den düsenförmigen MPD-Triebwerken ein wesentlicher Teil des Triebwerkschubes aufgrund der thermischen Aufheizung des Treibstoffes im Lichtbogen erzeugt wird, läßt die zylindrische Triebwerksgeometrie nur eine geringe Umwandlung der thermischen Energie in eine gerichtete kinetische Energie des Plasmastrahls zu, da keine materielle Entspannungsdüse existiert. Die zylindrischen MPD-Eigenfeldbeschleuniger bieten jedoch zwei Vorteile, wenn es gelingt sie bei sehr hohen Stromstärken kontinuierlich zu betreiben. Zum einen ist wegen des vornehmlich radialen Stromverlaufs zwischen Kathode und Anode die Lichtbogenlänge deutlich kürzer als bei den düsenförmigen Triebwerken. Bei gleicher Stromstärke stellt sich also eine deutlich geringere Bogenspannung ein. Dies ist beim Vergleich der Strom- Spannungskennlinien der unterschiedlichen Triebwerkstypen deutlich erkennbar. Das erzielen wesentlich höherer Stromstärken wird durch die Tatsache begünstigt, daß der axiale Stromanteil, der letztlich für die hohen Pinch-Drücke und eventuell für das Auftreten der Instabilit„ten in den MPD-Triebwerken mitverantwortlich ist, bei den zylindrischen Triebwerken geringer ist als bei den düsenförmigen MPD-Beschleunigern.

Strom-Spannungscharakteristik für das ZT3-Triebwerk bei verschiedenen Argonmassendurchsätzen

Somit konnte das ZT3-Triebwerk bislang mit fast 15 kA Lichtbogenstrom betrieben werden, ohne daß Anzeichen für das Auftreten von instabilen Entladungen erkennbar wurden, wie es etwa bei den düsenförmigen DT-Triebwerken der Fall ist.