Oben: So könnte sich nach der Vorstellung eines Künstlers der Jupiter-Eismond-Orbiter (JIMO) darstellen. (Abbildung: NASA/JPL)

Dieses Ereignis bedeutet den ersten Leistungstest des Nuklearelektrischen Xenonionentriebwerks (Nexis) unter den Betriebsbedingungen eines hocheffizienten Hochleistungstriebwerk mit hohem Schubvermögen, wie er für die Anwendung mit einem nuklearelektrischen Antriebs benötigt wird. Für diesen Test wurde das Nexis-Triebwerk mit normalem Strom aus der Steckdose betrieben. Ein Ionentriebwerk, das auf dem Jupiter Eismondorbiter eingesetzt würde, bezöge seinen Strom aus einem bordeigenen Weltraumatomreaktor. Die Iontriebwerke, oder elektrische Raumfahrtantriebe, würden den Orbiter in die Umlaufbahnen von einjeder der Eiswelten des Jupitersystems, Ganymed, Kallisto und Europa, befördern, um dort aus nächster Nähe ihre Beschaffenheit, ihre Geschichte und ihre Möglichkeit, Leben zu entwickeln, in ausgedehnter Weise zu erkunden.

"Bereits am allerersten Tag der Leistungstests zeigte das Nexis-Triebwerk einen der höchsten Wirkungsgrade von allen bisher getesteten Xenon-Ionenantriebe", erklärte Dr. James Polk, der hauptverantwortliche Wissenschaftler des am JPL in der Entwicklung befindlichen Ionenantriebs.

Der Test wurde am 12. Dezember 2003 in derselben Vakuumkammer des JPL durchgeführt, in der bereits früher in diesem Jahr das Ersatzionentriebwerk der Raumsonde Deep Space 1 den Dauerbetriebsrekord von 30.352 Stunden (rund 3,5 Jahre) aufgestellt hatte. Das Nexis-Triebwerk wurde mit einer Leistung von 20 Kilowatt betrieben, etwa 10 mal mehr als das Triebwerk von Deep Space 1, was einen höheren Schub und letztlich eine höhere Endgeschwindigkeit für eine gegebene Masse eines Raumfahrzeuges bedeutet. Es wurde konstruiert, um eine Gesamttreibstoffmasse von 2 Tonnen, das zehnfache dessen an Bord der Deep Space 1 Sonde, zu verwenden und für 10 Jahre im Betrieb zu bleiben, dem zwei- bis dreifachen der Betriebsdauer des DS1-Triebwerks.

Mitglieder der Nexis-Entwicklungsgruppe hatten bereits zur Entwicklung des DS1-Triebwerks beigetragen. Deep Space 1 zeigte die Funktionsfähigkeit von 12 hochriskanten fortschrittlichen Technologien, darunter auch das erste Ionentriebwerk, das als Hauptantrieb für ein Raumfahrzeug eingesetzt wurde.

"Das Nexis-Triebwerk ist ein größerer hochleistungsfähiger Nachkomme des Deep Space 1 Triebwerks, das seine außerordentliche Lebensspanne dadurch erzielt, daß man das Metall, das früher in Schlüsselkomponenten eingesetzt wurde, durch kohlefaserbasierte Werkstoffe ersetzt hat", erläüterte Tom Randolph, der Nexis-Programmleiter am JPL. "Die revolutionäre Leistungsbilanz des Nexis-Triebwerkes resultiert aus einem ausgedehnten Entwicklungsprozess, darunter Simulationen, die detaillierte Computermodelle, die während des Deep Space 1 Lebensdauertests entwickelt und bestätigt wurden, sowie weiteren Testdaten von Komponenten, verwenden."

Anders als bei den kurzen, schubstarken Brennphasen der meisten chemischen Raketenantriebe, die feste oder flüssige Treibstoffe verwenden, stößt der Ionenantrieb nur ein schwaches bläuliches Leuchten aus elektrisch geladenen Xenonatomen aus, desselben Gases, das man in vielen Blitzlichtgeräten und Leuchtturmlampen findet. Die Kraft, die der Antrieb entwickelt, ist so sanft, wie das Gewicht eines Blattes Papier auf der Handfläche. Aber durch den langen Betrieb kann das Triebwerk bis 20 mal mehr Schub pro Kilogramm Treibstoff entwickeln, als traditionelle Raketen.

Der Schlüssel der Ionentechnologie ist die hohe Düsenaustrittsgeschwindigkeit. Das Ionentriebwerk verbraucht nur ein paar hundert Gramm Treibstoff pro Tag, wodurch es in Leichtbauweise gefertigt werden kann. Niedriges Gewicht bedeutet niedrige Startkosten und trotzdem kann ein ionengetriebenes Raumfahrzeug viel schneller und weiter fliegen, als jedes andere.

"Dieser Test, zusammen mit dem jüngsten Test eines Hochleistungs-Ionenantriebs am Glenn Forschungszentrum der NASA, ist ein weiteres Beispiel für den Fortschritt, den wir in der Entwicklung der Technologien machen, die wir für die Unterstützung von Flaggschiff-Raumerkundungsmissionen für das gesamte Sonnensystem und darüber hinaus benötigen", meint Alan Newhouse, der Direktor von Projekt Prometheus. "Wir haben unser Team mit schwierigen Anforderungszielen herausgefordert und sie haben ihre Fähigkeit unter Beweis gestellt, bei herausragenden technischen Herausforderungen sehr kreativ zu sein."

Das Projekt Prometheus der NASA macht strategische Investitionen in Kernspaltungsenergietechnologie für Raumfahrtanwendungen und elektrischen Raumfahrtantrieben, die eine neue Klasse von Missionen in das äußere Sonnensystem ermöglichen würden, mit Fähigkeiten, die weit jenseits derer von Raumfahrzeugen mit heutigen Energieerzeugungs- und Antriebssystemen liegen. Die erste Mission dieser Art, die zur Zeit studiert wird, der Jupiter-Eismond-Orbiter, könnte im nächsten Jahrzehnt starten und der NASA wesentlich verbesserte wissenschaftliche und telekommunikative Möglichkeiten, sowie ausgeweitete Optionen für die Missionsauslegung bringen. Statt nur einige hundert Watt an Strom zu erzeugen, wie bei der Cassini oder der Galileo Mission, die dafür thermoelektrische Radioisotopengeneratoren einsetzten, könnte der Jupiter-Eismond-Orbiter einige zehn Kilowatt an elektrischer Leistung zur Verfügung haben, was die Menge an möglichen wissenschaftlichen Ergebnissen auf ein mehrfaches vergrößert.