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Erster Einsatz eines Arcjet-Triebwerks zur Bahnregelung eines nicht-geostationären Satelliten.
- Fabrication Responsibility:
- Dieter M. Zube (Deutschland)
- Average Power Dissipation:
- 750 Watts (when on)
Zusammenfassung
Das an dem Institut für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart entwickelte Ammionak Arcjet-Triebwerk wird station-keeping und kleinere Korrekturen des Orbits ermöglichen. Verglichen mit den 400N des primären Triebwerks sind die 100 milliNewton nicht viel, aber die Effizienz ist sehr viel besser. Kleine Mengen von gasförmigem Ammoniak werden durch die Funkenstrecke des Arcjet-Triebwerks geleitet. Das sich schnell erhitzende Gas expandiert und erzeugt dadurch den Schub. Die Existenz des Arcjet im Phase 3D Satelliten ermöglicht zum ersten Mal die Möglichkeit von kleineren Korrekturen des Orbits über lange Zeit. Dadurch können Instabilitäten durch Mond und Sonnen-Pertubation ausgeglichen werden, die gleichen Störungen die den Wiedereintritt von OSCAR 13 Ende 1996 herbeiführen.Das Flug-Exemplar des Arcjet-Triebwerks wurde hergestellt und ausgeliefert. An der Universität Stuttgart wurden Langzeit-Brenntests erfolgreich durchgeführt. Die Leitungen welche das Ammoniak von den Treibstofftanks fördern, das System welches es in den gasförmigen Zustand versetzt und das Meßgerät zur Durchflußmessung befinden sich in der Propellant Flow Assembly (PFA).
Beschreibung
Gefördert durch die Deutsche Agentur für Raumfahrtangelegenheiten DARA wurde im Jahr 1994 am IRS (Institut für RaumfahrtSysteme der Uni Stuttgart) mit der Entwicklung eines 750 W Ammoniak-Arcjets zur Bahn-Feinregelung des Amateurfunksatelliten AMSAT-P3D begonnen. Dieses "Projekt ATOS" (Arcjet Triebwerk auf OSCAR-Satelliten) ist die Weiterentwicklung der ARTUS-Arcjet-Reihe des IRS, die 1990 begonnen wurde. Änderungen am Triebwerk betrafen vor allem das niedrigere Leistungsniveau, ein anderer Treibstoff (Ammoniak gegenüber Hydrazin) und Maßnahmen zur Lebensdauererhöhung.Geflogen wird das ATOS-Triebwerk auf dem Amateurfunksatelliten AMSAT-P3D der ein Gemeinschaftsprojekt der deutschen und US-amerikanischen Satelliten-Funkamateure ist. Der Satellit wird eine Startmasse von ca. 400 kg haben, seine Struktur ist ein sechseckiger Zylinder mit 2.3 m Durchmesser und 80 cm Höhe, auf dem Satelliten sind Solarzellenfür maximal 630 W Dauerleistung installiert. Hauptnutzlast des Satelliten werden acht Amateurfunktransponder für weltweiten Funkbetrieb sein.
Der Satellit wird voraussichtlich im Herbst 1996 mit einer ARIANE 5 Rakete in seine Erdumlaufbahn gestartet. Zunächst bringt dann ein chemisches Triebwerk mit 400 N Schubkraft den Satelliten auf eine Umlaufbahn mit 16 h Umlaufdauer. Diese Bahn wird eine hohe Exzentrizität und hohe Bahnneigung aufweisen (-> Molnya-Typ), damit der Satellit für die Hauptnutzer auf der nördlichen Erdhalbkugel möglichst lange über dem Horizont zu sehen sein wird. Die Fein-Regelung dieser Bahn wird anschließend von dem ATOS-Triebwerk übernommen. Insgesamt stehen dem Triebwerk 52 kg Ammoniak als Treibstoff zur Verfügung, ausreichend für 600 Betriebsstunden oder ca. 5 Jahre, wenn das Triebwerk wie geplant jeden dritten Tag für maximal eine Stunde in Betrieb genommen wird. Die Dauer der einzelnen Zündungen ist dabei durch die Kapazität der Satellitenakkus begrenzt. In einem dreimonatigen Dauertest im Herbst 1994 konnten bereits 1010 Stunden als Triebwerkslebensdauer nachgewiesen werden.
Leistungsdaten
nominelle elektrische Leistungsaufnahme 750 W Lichtbogenstrom 7.7 A Lichtbogenspannung 97 V Massendurchsatz 24 mg/s Schub 115 mN massenspez. Impuls 480 s nachgewiesene Lebensdauer 1010 h mit 1010 Zündungen Triebwerksgewicht 480 gZum Triebwerk gehört darüber hinaus das am IRS konzipierte Gesamtsystem, das neben dem Triebwerk noch aus der Treibstoffversorgungseinheit und der Stromregelelektronik für das Triebwerk besteht. Die Regelelektronik wird von dem Amateurfunkern unter Dr. K. Meinzer aus Marburg, dem Gesamtleiter des Satellitenprojekts, entwickelt. Diese Elektronik bereitet die 28 V= des Satelliten-Spannungsbuses auf, um das Triebwerk mit bis zu 800 W stromgeregelter Leistung bei einem Stromversorgungswirkungsgrad von 93% zu versorgen. Die Treibstoffregeleinheit sorgt dafür, daß das Ammoniak aus den zwei Tanks an Bord des Satelliten in gasförmigem Zustand in geregelter Durchflußmenge in das Treibwerk gelangt. Die ammoniaktauglichen Ventile und Ammoniakverdampfer sind dabei Zukaufteile von einer russischen Weltraumfirma.
Projektstand Oktober 1995:
- Flugtriebwerk wartet auf die Endmontage in die Satellitenstruktur, es ist bereits probeweise eingebaut worden
- Treibstoffversorgungseinheit (Ventile, Leitungen, Regler) ist ausgeliefert und wartet auf die Endmontage
- Elektronik ist in der Endfertigung
- Geplanter Starttermin: September 1996
Dank der freundlichen Zustimmung von Dieter Zube, ist diese Seite aus der Web-Seite am IRS entstanden. Für weitere Informationen besuchen Sie bitte direkt die Web-Seiten am IRS:
Created: 1996-01-27
Updated: 1996-11-12
by Ralf Zimmermann, DL1FDT
This URL: http://www.RalfZimmermann.de/phase3d/atos.ger.html