Die Raketenantriebstechnologie hat seit den ersten Waffenraketen des chinesischen und mongolischen Reiches große Fortschritte gemacht. Sie waren nichts weiter als raketengetriebene Pfeile und Speere, aber sie legten den Grundstein für unsere Erforschung des Weltraums. Flüssigtreibstoffe, Ionentriebwerke und Sonnensegel haben alle Schlagzeilen gemacht, während wir nach effizienteren Fortbewegungsmethoden streben, aber ein Team hat den nächsten Schritt mit einem handtellergroßen Triebwerkssystem gewagt, das künftige winzige Raumschiffe über den Golf des Weltraums befördern könnte.
Handflächengroße Triebwerke unterscheiden sich deutlich von den gigantischen Raketen, die wir gewohnt sind, beispielsweise der Saturn-V-Rakete, die die Apollo-Astronauten zum 110 m hohen Mond brachte. Der Unterschied bei den ATHENA-Triebwerken besteht darin, dass sie für das Manövrieren und Antreiben von Cubesats und Kleinsatelliten im Weltraum konzipiert sind und nicht für den Antrieb von Raketen von der Erdoberfläche.
Das Team unter der Leitung von Daniel Perez Grande, CEO und Mitbegründer von IENAI Spanien, hat sein handtellergroßes Triebwerk „Athena“ genannt. Das ist zwar nicht der eingängigste Name, spiegelt aber gut wider, was es tut: das anpassungsfähige THruster, das auf elektrospraybetriebener Nanotechnologie basiert. Die Technologie wurde für die ESA entwickelt und nach einer erfolgreichen Designphase und wenn alles nach Plan verläuft, wird ein Prototyp bis Ende 2024 verfügbar sein.
Die Technologie basiert auf einem sogenannten Elektrospray, das früher in der Massenspektrometrie eingesetzt wurde, nun aber seinen Weg in den Weltraum gefunden hat. Jedes Triebwerk verfügt über sieben Emitter-Arrays, die auf Siliziumwafern geätzt sind, und jedes beherbergt 500 Lochemitter. Elektrisch geladene Teilchen aus einem Leitsalz werden herausgesprüht und über ein elektrostatisches Feld angetrieben, um den maximalen Schub zu erzeugen, der in der Größenordnung von 20 km pro Sekunde liegen kann. Das Konzept ist den bereits verwendeten Ionenantriebssystemen sehr ähnlich, jedoch in einem viel kleineren Maßstab.
Wie seine Cousins mit Ionen- und Flüssigtreibstoff ist das Triebwerk hochgradig einstellbar und kann im Flug neu konfiguriert werden. Die Triebwerke sind außerdem umweltfreundlich, da der Treibstoff eine ungiftige Flüssigkeit ist und keine unter Druck stehenden Lagertanks erforderlich sind. Die geringe Größe der Triebwerke bedeutet, dass sie in jeder erforderlichen Konfiguration gruppiert werden können, wobei insgesamt sechs erforderlich sind, um auf die Oberfläche eines typischen 10-cm-Cubesats zu passen, und dass sie auf Satelliten und Sonden mit einer Masse von bis zu 50 kg gruppiert werden können. Das Team hofft, die Technologie weiterentwickeln zu können, um an Fahrzeugen mit einem Gewicht von bis zu 300 kg arbeiten zu können.
Die Raumfahrttechnik wird, wie die meisten anderen Technologiebereiche auch, immer kleiner. Um dies zu erreichen, müssen allerdings auch die Antriebssysteme schrumpfen, was möglicherweise eine anspruchsvollere Aufgabe darstellt. ATEHNA scheint eine vielversprechende Entwicklung zu sein, aber die ESA und ihre Partner arbeiten an zwei weiteren Triebwerkssystemen auf Basis der Elektrospray-Technologie, die alle vielversprechende Ergebnisse zu bringen scheinen.