„Heiße Luft“: Plasma-Triebwerk lässt 1kg Stahlkugel fliegen

Seit Jahren forschen Wissenschaftler an innovativen Antrieben für die Luft- und Raumfahrt. Einen vielversprechenden Ansatz demonstrierten Forscher nun in einer Veröffentlichung des Amerikanischen Instituts für Physik. Ihr Plasma-Triebwerk funktioniert wie ein konventionelles Strahltriebwerk, benötigt als „Brennstoff“ jedoch lediglich heiße Luft, die mittels einer Mikrowellenquelle ionisiert wird.

„Bei unserer Konstruktion besteht keine Notwendigkeit für fossile Brennstoffe“, erklärt Studienautor Jau Tang. Die Forscher erzeugten einen Plasmastrahl, indem sie Luft auf hohe Drücke verdichteten und mit Hilfe einer Mikrowelle den unter Druck stehenden Luftstrom ionisierten.

Neben fest, flüssig und gasförmig ist Plasma der vierte Aggregatzustand der Materie, bestehend aus einem Aggregat geladener Ionen. Es existiert natürlich an Orten wie der Sonnenoberfläche und den Blitzen auf der Erde, kann aber auch erzeugt werden.

Plasma-Antrieb erreicht vergleichbare Leistung eines Flugzeug-Triebwerks

Dieser Antrieb unterscheidet sich in einem wesentlichen Punkt von früheren Entwicklungen. Der Prototyp erzeugt das Hochtemperatur-Hochdruckplasma an Ort und Stelle nur mit eingeblasener Luft und Elektrizität. Andere Plasmastrahltriebwerke, wie das der „Dawn“-Sonde der NASA, verwenden Xenon-Plasma. Aufgrund der geringen Leistung und der Reibung der Erdatmosphäre ist dieses Triebwerk jedoch nicht für den irdischen Luftverkehr geeignet.

Schematische Darstellung des Plasma-Triebwerks sowie Bilder des Plasmastrahls bei verschiedenen Mikrowellenleistungen. Foto: Jau Tang und Jun Li

In einer Ionisationskammer erzeugen Mikrowellen einen Plasmastrahl aus erhitzter, verdichteter Luft. Der entsprechende Schubdruck ist maßstabsgetreu vergleichbar mit dem eines Strahltriebwerks eines Verkehrsflugzeugs und kann bereits in diesem Stadium eine ein Kilogramm schwere Stahlkugel schweben lassen.

„Unsere Ergebnisse zeigten, dass ein solches auf Mikrowellen-Luftplasma basierendes Düsentriebwerk eine potenziell brauchbare Alternative zum herkömmlichen Düsentriebwerk mit fossilen Brennstoffen sein kann“, sagte Tang.

Nächstes Ziel sei daher die Verbesserung des Wirkungsgrades, um schließlich den Antrieb auf die Größe und Leistung eines vollwertigen Triebwerks zu skalieren. (ts)