{"id":25128,"date":"2020-01-31T07:00:36","date_gmt":"2020-01-31T06:00:36","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2020\/01\/31\/sternengeschichten-folge-375-der-ionenantrieb\/"},"modified":"2025-05-14T16:47:01","modified_gmt":"2025-05-14T14:47:01","slug":"sternengeschichten-folge-375-der-ionenantrieb","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2020\/01\/31\/sternengeschichten-folge-375-der-ionenantrieb\/","title":{"rendered":"Sternengeschichten Folge 375: Der Ionenantrieb"},"content":{"rendered":"<p><a href=\"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/SG_Logo.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/SG_Logo-150x150.png\" alt=\"SG_Logo\" width=\"150\" height=\"150\" class=\"alignleft size-thumbnail wp-image-12938\" \/><\/a><i>Das ist die Transkription einer Folge meines <a href=\"https:\/\/sternengeschichten.org\">Sternengeschichten-Podcasts<\/a>. Die Folge gibt es auch als <a href=\"https:\/\/cdn.podigee.com\/media\/podcast_7374_sternengeschichten_episode_375_sternengeschichten_folge_375_der_ionenantrieb.mp3?v=1578221548\">MP3-Download<\/a> und <a href=\"https:\/\/youtu.be\/AJX05mig7nU\">YouTube-Video<\/a>.<\/i> Und den ganzen Podcast findet ihr auch bei <b><a href=\"https:\/\/open.spotify.com\/show\/0ikLkbZTH9yjuwetyBheXX\">Spotify<\/a><\/b>.<\/p>\n<p><b>Mehr Informationen: [<a href=\"https:\/\/feeds.feedburner.com\/sternengeschichten\">Podcast-Feed<\/a>][<a href=\"https:\/\/itunes.apple.com\/de\/podcast\/sternengeschichten\/id583344780\">iTunes<\/a>][<a href=\"https:\/\/bitlove.org\/astrodicticum\">Bitlove<\/a>][<a href=\"https:\/\/www.facebook.com\/sternengeschichten\">Facebook<\/a>] [<a href=\"https:\/\/twitter.com\/@sternenpodcast\">Twitter<\/a>]<\/i><\/b><\/p>\n<p><span style=\"font-size: xx-small;\">\u00dcber Bewertungen und Kommentare freue ich mich auf allen Kan\u00e4len.<\/span><br \/>\n<script class=\"podigee-podcast-player\" src=\"https:\/\/cdn.podigee.com\/podcast-player\/javascripts\/podigee-podcast-player.js\" data-configuration=\"https:\/\/sternengeschichten.podigee.io\/375-sternengeschichten-folge-375-der-ionenantrieb\/embed?context=external&#038;token=Btf0uteEKBP3xTMRLVnwkw\"><\/script><br \/>\n&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;&#8212;<br \/>\n<b>Sternengeschichten Folge 375: Der Ionenantrieb<\/b><\/p>\n<p>In der Welt von Star Wars fliegen die Anh\u00e4nger des Imperiums mit TIE-Fightern durch die Gegend. Das sind die Dinger, die probiert haben Luke Skywalker abzuschie\u00dfen, als er den Todesstern zerst\u00f6ren wollte. Aber es soll heute nicht um TIE-Fighter gehen; ich erw\u00e4hne die Raumschiffe deswegen, weil das &#8222;TIE&#8220; f\u00fcr &#8222;Twin Ion Engine&#8220; steht; sie also offensichtlich mit einem Ionenantrieb durchs All fliegen. Ein Ionenantrieb klingt nach Science-Fiction, ist es aber nicht. Es gibt ihn wirklich und es fliegen auch ganz in echt Objekte damit durchs Weltall.<\/p>\n<figure id=\"attachment_30452\" aria-describedby=\"caption-attachment-30452\" style=\"width: 745px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/raketengleichung.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/raketengleichung.png\" alt=\"\" width=\"745\" height=\"187\" class=\"size-full wp-image-30452\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-30452\" class=\"wp-caption-text\">Die Raketengrundgleichung<\/figcaption><\/figure>\n<p>Um zu verstehen wie ein Ionenantrieb funktioniert m\u00fcssen wir einen kurzen Ausflug in die Grundlagen der Raketentechnik machen. Wie eine Rakete &#8211; oder allgemein ein Objekt im Weltall &#8211; fliegt, wird durch die sogenannte Raketengrundgleichung beschrieben. Die hat der russische Forscher Konstantin Eduardowitsch Ziolkowski im Jahr 1903 aufgestellt. Vereinfacht gesagt sagt sie, dass die Geschwindigkeit einer Rakete davon abh\u00e4ngt, wie schnell sie eine sogenannte &#8222;St\u00fctzmasse&#8220; aussto\u00dfen kann. Je mehr und je schneller die Rakete hinten Masse ausst\u00f6\u00dft, desto schneller fliegt sie in die andere Richtung davon (das folgt aus der Impulserhaltung). Deswegen sind Raketen die von der Erde aus starten auch so gro\u00df: Sie m\u00fcssen jede Menge Treibstoff mitnehmen um ausreichend viel Masse aussto\u00dfen zu k\u00f6nnen so dass sie die f\u00fcr einen Flug ins All n\u00f6tige Geschwindigkeit erreichen. Und auch im All brauchen Raumsonden Treibstoff, wenn sie schneller, langsamer werden oder die Richtung \u00e4ndern wollen. Und da es dort nirgendwo Tankstellen gibt, ist die Lebensdauer dieser Raumfahrzeuge begrenzt: Ist der Treibstoff alle, dann geht nichts mehr. Man kann nat\u00fcrlich gleich von Anfang an sehr viel Treibstoff mitnehmen. Aber den m\u00fcsste man dann von der Erde ins All bringen und braucht daf\u00fcr NOCH mehr Treibstoff. Irgendwann wird das zu teuer. Der Ionenantrieb ist ein Weg, dieses Problem zu umgehen. <\/p>\n<p>Der gleiche Ziolkowski der 1903 mit der Raketengrundgleichung die Grundlage f\u00fcr die moderne Raumfahrt gelegt hat, schrieb 1911 in einem anderen Werk: &#8222;Es ist m\u00f6glich dass wir im Laufe der Zeit die Elektrizit\u00e4t nutzen k\u00f6nnen um Teilchen mit hohen Geschwindigkeiten aus einer Rakete auszusto\u00dfen&#8220;. Er f\u00fchrte das Konzept auch weiter aus und erw\u00e4hnte die &#8222;Kathodenstrahlen&#8220;, ein Ph\u00e4nomen das erst ein paar Jahrzehnte zuvor entdeckt wurde. Es handelt sich dabei um geb\u00fcndelte Strahlen aus Elektronen, also den elektrisch negativ geladenen Teilchen die unter anderem die H\u00fcllen der Atome bilden. Ziolkowski hielt fest, dass solche Elektronen sich mit hohen Geschwindigkeiten bewegen; bis zu 20.000 mal schneller als etwa die Gase die ein normaler Verbrennungsmotor ausst\u00f6\u00dft. Der amerikanische Raumfahrtpionier Robert Goddard erw\u00e4hnte in seinen Texte ebenfalls die M\u00f6glichkeit, Raumfahrzeuge durch schnell bewegte Elektronen oder \u00e4hnliche Teilchen anzutreiben, verfolgte die Idee aber nicht weiter. Erst Physiker Hermann Oberth machte eine gro\u00dfe \u00d6ffentlichkeit mit dieser Version der Raumfahrt bekannt. In seinem extrem einflu\u00dfreichen Buch &#8222;Wege zur Raumschifffahrt&#8220;, das 1929 erschien, widmete er dem Konzept ein ganzes Kapitel mit dem Titel &#8222;Das elektrische Raumschiff&#8220;.<\/p>\n<p>Aus moderner Sicht ist die Idee eines Ionenantriebs eigentlich sehr einfach zu verstehen. Es braucht daf\u00fcr &#8211; wenig \u00fcberraschend &#8211; Ionen. Also elektrisch geladene Teilchen, die man zum Beispiel bekommen kann, in dem man normalen Atomen ihre H\u00fclle aus negativen geladenen Elektronen wegnimmt. \u00dcbrig bleiben die positiv geladenen Atomkerne. Wegen ihrer elektrischen Ladung k\u00f6nnen die nun durch elektrische Felder beschleunigt werden. Und &#8211; wie ich schon gesagt habe &#8211; wenn ein Objekt Masse in die eine Richtung ausst\u00f6\u00dft, bewegt es sich in die andere Richtung. Das funktioniert auch, wenn die Masse aus Atomkernen besteht. Die Bewegung ist dann halt sehr gering, aber das muss nicht unbedingt ein Problem sein.<\/p>\n<figure id=\"attachment_31873\" aria-describedby=\"caption-attachment-31873\" style=\"width: 1280px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/1280px-Ion_Engine_Test_Firing_-_GPN-2000-000482.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/1280px-Ion_Engine_Test_Firing_-_GPN-2000-000482.jpg\" alt=\"\" width=\"1280\" height=\"1009\" class=\"size-full wp-image-31873\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-31873\" class=\"wp-caption-text\">Xenon-Ionenantrieb der NASA im Testbetrieb (<a href=\"https:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Datei:Ion_Engine_Test_Firing_-_GPN-2000-000482.jpg\">Bild: NASA<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n<p>In der Praxis verwendet man heute sehr oft das Gas Xenon als Quelle der Ionen. Es hat den Vorteil, dass es vergleichsweise leicht zu beschaffen ist und kaum mit irgendwelchen anderen Materialien chemisch reagiert. Was praktisch ist, denn man will ja nicht, dass in einer Raumsonde irgendwelche chemischen Reaktionen ablaufen die man nicht kontrollieren kann. Die Xenon-Atome zu ioniesieren, ihnen also die Elektronen wegzunehmen, ist einfach; dazu braucht es nur ein wenig Energie. Energie braucht auch das elektrische Feld mit dem die Ionen dann beschleunigt werden. Die kann man durch Solarzellen gewinnen, denn Sonnenlicht gibt es auch im Weltall ausreichend (zumindest dann wenn man sich nicht zu weit von unserem Stern entfernt). Die technischen Details sind nat\u00fcrlich komplex: Man muss zum Beispiel daf\u00fcr sorgen, dass die Teilchen wieder neutralisiert werden, bevor man sie nach der Beschleunigung ausst\u00f6\u00dft; das hei\u00dft man muss ihnen die Elektronen wieder zur\u00fcck geben. Ansonsten w\u00fcrden die Teilchen sich n\u00e4mlich nicht in gerader Linie vom Raumfahrzeug weg bewegen sondern wegen ihrer elektrischen Ladung einen Bogen machen und von der Raumsonde angezogen wieder zu ihr zur\u00fcck kehren.<\/p>\n<p>Aber im Prinzip braucht man f\u00fcr einen Ionenantrieb nicht mehr als ein paar Dutzend Kilogramm St\u00fctzmasse, die die geladenen Teilchen liefert. Und ausreichend viele Solarzellen um die n\u00f6tige Energie f\u00fcr das elektrische Feld zu generieren. Mit den beschleunigten Teilchen die vom Ionenantrieb ausgesto\u00dfen werden kann man ein Raumfahrzeug bewegen. Die Teilchen bewegen sich mit bis zu 200 Kilometern pro Sekunde &#8211; was aber nicht bedeutet, dass sich das Raumfahrzeug mit der gleichen Geschwindigkeit in die andere Richtung entfernt. Denn dessen Masse ist nat\u00fcrlich deutlich gr\u00f6\u00dfer als die Masse der ausgesto\u00dfenen Teilchen. Ein Ionenantrieb ist daher nicht ausreichend schnell um damit von der Erde ins All zu fliegen. Die Kraft die ein typischer Ionenantrieb produziert entspricht ungef\u00e4hr dem Druck man sp\u00fcren w\u00fcrde, wenn einem ein paar Bl\u00e4tter dickes Papier auf den Kopf fallen. Aber, und das ist der Punkt um den es geht: Ein Ionenantrieb kann diese Kraft f\u00fcr lange Zeiten aufrecht erhalten. Und im luftleeren Raum des Alls gibt es keinen Widerstand der das Raumfahrzeug wieder abbremst. Wenn man lange genug beschleunigt, dann erreicht man auch mit kleiner Kraft am Ende einen gro\u00dfen Effekt. Und man muss daf\u00fcr keine gewaltigen Treibstoffmengen mit ins All nehmen!<\/p>\n<p>Die ersten Tests mit Ionentriebwerken hat man in den 1960er Jahren bei der NASA gemacht. Mittlerweile gibt es viele Raumsonden und Satelliten die diese Technik nutzen. Zum Beispiel der europ\u00e4ische Kommunikationssatellit Artemis: Er flog 2001 ins All und hatte zwei neue Ionentriebwerke an Bord die eigentlich nur getestet werden sollten. Der Test verlief erfolgreich, aber nicht so wie man sich das vorgestellt hatte. Die Rakete die Artemis ins All brachte erreichte nicht ihre volle Leistung und der Satellit landete in einer viel tieferen Umlaufbahn als vorgesehen war. Aber mit den Ionentriebwerken konnte er seine vorgesehene Position doch noch erreichen; allerdings etwas versp\u00e4tet. Es dauerte fast ein Jahr in dem Artemis jeden Tag 20 Kilometer h\u00f6her stieg bis das Ding endlich dort war wo es sein sollte.<\/p>\n<figure id=\"attachment_3141\" aria-describedby=\"caption-attachment-3141\" style=\"width: 500px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/8224-Hayabusa.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/8224-Hayabusa.jpg\" alt=\"\" width=\"500\" height=\"482\" class=\"size-full wp-image-3141\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-3141\" class=\"wp-caption-text\">Erfolgreich mit Ionenantrieb &#8211; die Raumsonde Hayabusa (<a href=\"https:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Hayabusa(Muses-C)_sampling.jpg\">Bild: NASA<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n<p>Ebenfalls sehr erfolgreich war die japanische Raumsonde Hayabusa. Sie flog 2003 ins All und war die erste japanische Sonde mit einem Ionentriebwerk. Ihr Ziel war der Asteroid Itokawa, von dem sie Proben sammeln und zur\u00fcck zur Erde bringen sollte. Was auch gelang &#8211; aber normalerweise werden Ionenantriebe nicht verwendet um damit kreuz und quer durchs Sonnensystem zu fliegen. Bzw. macht man das nur dann, wenn man es nicht eilig hat. Ionenantriebe sind heute vor allem zur Korrektur der Bahn von Kommunikationssatelliten im Einsatz. Damit die ihre Funktion erf\u00fcllen k\u00f6nnen m\u00fcssen sie eine ganz bestimmte Position \u00fcber der Erdoberfl\u00e4che einnehmen. Die Gravitationskraft von Sonne und Mond beeinflusst sie aber ein wenig und schiebt sie langsam aber sicher aus den vorgesehenen Umlaufbahnen. Man muss die Bahn regelm\u00e4\u00dfig korrigieren; nur ein bisschen aber auch daf\u00fcr braucht man Treibstoff. Ionentriebwerke sind daf\u00fcr ideal denn man kann mit wenig Masse lange arbeiten und das macht die ganze Angelegenheit billig. Was wichtig ist, da die meisten Kommunikationssatelliten kommerziell betrieben werden und je l\u00e4nger so ein Ding lebt, desto besser und profitabler f\u00fcr die Betreiber. <\/p>\n<p>Im Prinzip spricht aber nichts dagegen, Ionentriebwerke auch f\u00fcr sehr viel ambitioniertere Zwecke einzusetzen. Es gibt Pl\u00e4ne um ganze Raumstationen damit auf ihren vorgehesehenen Umlaufbahnen zu halten. Und sogar Konzepte, wie man mit einem Ionenantrieb Raumsonden zu anderen Sternen fliegen kann. Halsbrecherische Hochgeschwindigkeitsverfolgungsjagden mit TIE-Fightern im All wie bei Star Wars werden aber auch in Zukunft nur Science-Fiction bleiben.  \t<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/vg06.met.vgwort.de\/na\/41c33c997fae4dcfaab401cc0d9cbd82\" width=\"1\" height=\"1\" alt=\"\"><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Das ist die Transkription einer Folge meines Sternengeschichten-Podcasts. Die Folge gibt es auch als MP3-Download und YouTube-Video. Und den ganzen Podcast findet ihr auch bei Spotify. 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