Taschenraketen haben es in sich

Die Rakete zündet. Unten schießt ein Strahl weißglühender Flammen hervor. Seine Operatoren erhöhen die Leistung und die Flamme wächst – bis die Rakete in einem Feuerball explodiert.

Genau wie erwartet. Ein gefährliches Experiment im Labor? Nicht, wenn die Rakete ein winziges mikroelektromechanisches System – ein sogenanntes MEMS – aus Silizium ist. Labore im ganzen Land untersuchen MEMS-Raketen und andere Mikroantriebsgeräte, um eine neue Generation billiger, winziger Satelliten und anderer Geräte anzutreiben.

Auf dem Weg zum Orbit



Das ehrgeizigste Projekt befindet sich im Department of Aeronautics and Astronautics des Massachusetts Institute of Technology. Mit Unterstützung der NASA bauen MIT-Ingenieure eine Mikrorakete, die mehr oder weniger wie der Antrieb im Space Shuttle funktioniert. Die NASA hofft, die Mikrorakete zur Lagekontrolle auf zukünftigen Raumfahrzeugen einsetzen zu können, sagt Alan Epstein, Leiter des Mikromotor-Projekts am MIT.

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Die Weltraumkadetten des MIT, sagt Epstein, wollen auch Arrays von Mikroraketen einsetzen, um winzige Satelliten von der Größe einer Cola-Dose zu starten. Netzwerke von Nanosatelliten könnten die Erdbeobachtung oder die Satellitenwartung unterstützen.

Die Quintessenz eines Triebwerks ist die Schubkraft, die es im Verhältnis zu seinem Eigengewicht erzeugt. Das Haupttriebwerk des Space Shuttles erzeugt ein Schub-Gewichts-Verhältnis von 70. Die Mikrorakete des MIT hat 85 erreicht, und seine Erbauer schätzen ein potenzielles Verhältnis von mehr als dem Zehnfachen dieses Wertes – mehr als genug, um einen Satelliten ins All zu bringen.

Wir betrachten sehr hohen Schub – das Hochleistungsende von Mikroraketentriebwerken, sagt Epstein. Das unterscheidet das MIT-Projekt von Mikroraketenanstrengungen an der University of California in Berkeley, Caltech und anderswo, erklärte er.

Epstein sagt, dass das MIT-Projekt auf dem besten Weg ist, bis Ende 2003 eine funktionierende, integrierte Mikrorakete zu produzieren. Der nächste Meilenstein kommt diesen September, wenn Epstein beabsichtigt, eine funktionierende MEMS-Turbopumpe zu bauen, eine Schlüsselkomponente, die Kraftstoff in die Brennkammer der Rakete einspritzt bei sehr hohem Druck.

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Im Moment haben wir einen Raum voller Ausrüstung, die den Kraftstoff liefert, sagt Epstein. All dies miniaturisiert die Turbopumpe mit einer fächerartigen Mikroturbine, die Kraftstoff in die Brennkammer pumpt.

Die im Bau befindliche Turbopumpe ist deutlich größer als die Mikrorakete selbst. Um die beiden zu integrieren - noch ein fernes Ziel - können die Ingenieure eine Seite von Raketen wie der in Russland konstruierten RD-170 nehmen, die vier Brennkammern aus einer einzigen Turbopumpe befeuert.

Berkeley knallt ab

So beeindruckend sie auch ist, die Mikrorakete des MIT steht immer noch auf einem Labortisch. In Berkeley ist das nicht der Fall, wo die Ingenieure des Sensor and Actuator Centers bereits eine bescheidenere MEMS-Rakete gestartet haben.

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Die Berkeley-Mikrorakete, eine weiterentwickelte Version von a Streichholzrakete , ist halb so groß wie das MIT-Gerät mit einem durchschnittlichen Schub-Gewichts-Verhältnis von fünf.

Das ist für Projektberater Kris Pister immer noch viel Schub. Er führt die Bemühungen an, intelligente MEMS-Geräte im Staub-Millimeter-Maßstab zu entwickeln, die in der Lage sind, zu erfassen, zu berechnen, zu kommunizieren und zu mobilisieren. Meine ganze Arbeit konzentriert sich darauf, die absolut kleinsten Fahrzeuge zu bauen, die von Menschen gesteuert werden können, erklärt er.

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Laut Pister könnten Netzwerke aus intelligentem Staub ein Wettersystem, ein Schlachtfeld, die Baumkronen des Regenwaldes oder jedes schwer zugängliche Gebiet untersuchen.

Wir wollen einem Sensor nur die Fähigkeit geben, aufzuspringen, sich zu bewegen und zu landen, sagt Pister. Der Trick besteht darin, den Staub zu verteilen. Die vielversprechendsten Designs sind flache Wafer aus Silizium, eine Form, die es ihnen ermöglicht, Sonnenenergie zu nutzen, aber aufgrund des Luftwiderstands ein lausiges Projektil ist. Er erklärt, dass eine Mikrorakete an Bord Smart Dust viel weiter schleudert als ein separater Träger mit der gleichen Treibstoffmenge.

Die winzige Berkeley-Mikrorakete fliegt (wie der Millennium Falcon, sagt Pister) über eine vertikale Distanz von drei Metern. Die theoretische maximale Höhe der Rakete liegt näher bei 50 Metern – hoch genug, sagt er für ein Gerät, das vor der Landung kilometerweit in den Luftströmungen treiben könnte.

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