TOMO plant, drei verschiedene Antriebsversuche im Weltraum durchzuführen. Zwei Antriebsvarianten der magnetisch basierten Antriebstechnologie (GMP), sowie ein Richtungssteuerungsexperiment. Um die Testsicherheit zu erhöhen, ist zudem geplant, den GMP-Hauptversuch in zweifacher Ausführung einzubauen.
Die Planungs- und Verhandlungsgespräche mit dem Satellitenhersteller haben schon in November 2024 begonnen und werden im Januar 2025 weitergeführt.
Umfangreichere und schnellere Analyse der Messdaten aller GMP-Antriebsversuche
In den letzten vier Wochen wurde die Art und Weise der Messwert-Speicherung und Messwert-Analyse der GMP-Versuchsantriebe cloudfähig gemacht. Damit erreichen wir, wo immer und wann immer Experimente und Versuche mit dem GMP-Antrieb durchgeführt werden, das ein einheitlicher und kompletter Datensatz in eine nur für TOMO zugängliche Cloud gespeichert wird. Bisher wurde nur ein reduzierter Datensatz der Messwerte lokal auf dem für die Versuchsdurchführung verwendeten PC gespeichert.
Das neue Software-Update verfügt nun auch über ein automatisches Reporting und ein Messdatenanalysesystem. Der große Vorteil ist, dass die Messdaten von allen Betriebsversuchen, ganz gleich in welchem Versuchslabor oder externen Versuchsfeld diese generiert wurden, sofort und teilweise auch schon aufbereitet für das TOMO-Ingenieurs-Team (für die TOMO-Versuchsstätten in Deutschland, Schottland, und jetzt auch in Australien) in Echtzeit zur Verfügung stehen.
Dadurch wird die Forschungs- und Entwicklungsarbeit spürbar beschleunigt, und in der Aussagekraft umfangreich verbessert. Ab sofort werden alle erfassten Messdaten dauerhaft gespeichert – mit über 100 vollständigen Datensätzen pro Sekunde. Dadurch entsteht die Möglichkeit, zu einem späteren Zeitpunkt Datenanalysen durchzuführen, die ursprünglich nicht vorgesehen waren.
Der nächste Schritt in der Softwareentwicklung wird das Einführen von Künstlicher Intelligenz sein, um die gesteckten Ziele der Effizienz-Steigerung schneller zu erreichen.
In den letzten Wochen konnte TOMO bedeutende Fortschritte verzeichnen: Es liegen mehrere Vertragsangebote mit einem Gesamtvolumen von über 1.000.000 € vor. Die Verträge, die sich aktuell in der finalen Verhandlungsphase befinden, sollen in der ersten Jahreshälfte 2025 abgeschlossen werden. Im Zentrum dieser Vereinbarungen steht die Erprobung und Einsatzfähigkeit des TOMO-GMP-Antriebs unter realen Weltraumbedingungen sowie praktische Tests an Satelliten.
Der wachsende Kundenstamm beschreibt den GMP-Antrieb schon jetzt als „Game-Changer“, der das Potenzial hat, die Satellitenindustrie nachhaltig und dauerhaft zu revolutionieren.
Im Vergleich mit einem Satelliten-Ionen-Triebwerk ist der TOMO-GMP-Antrieb der überlegene Gewinner.
Viele der größeren Satelliten verfügen über ein Ionen-Triebwerk. Dort wird ein ionisiertes Edelgas mit einer sehr hohen Geschwindigkeit (z.B.: 50k/Sekunde) beschleunigt, was dann den gewünschten Rückstoß erzeugt. Aus Kostengründen oder aufgrund von Platzmangel haben die meisten der kleineren Satelliten außer einer Lagestabilisierung keinen eigenen Antrieb.
Wenn der TOMO-GMP-Antrieb mit einem typischen Ionen-Triebwerk verglichen wird, dann sieht man sehr schnell, dass der GMP-Antrieb die überlegene Lösung ist. Er ist viel leichter, benötigt kein zusätzliches Edelgas und weniger elektrische Leistung, ist platzsparend und somit auch für Kleinst-Satelliten anwendbar, und damit deutlich kostengünstiger.
Die obige Tabelle vergleicht die heute in größeren Satelliten üblicherweise verwendeten Ionen-Triebwerke mit einem typischen GMP-Antrieb von TOMO. In dieser Tabelle werden die verwendeten und teuren Edelgase aufgelistet, der elektrische Leistungsbedarf (in kW), die erzeugte maximale Antriebsleistung (in Milli-Newton), und das Eigengewicht des Ionen-Triebwerks (in kg) ohne das Gewicht des zusätzlich benötigten Edelgases (was im Bereich von 20 kg bis über 100 kg liegt) dargestellt.
In der untersten Zeile sind die Werte eines vergleichbaren TOMO GMP-Antriebs aufgeführt. Das Wichtigste sei hier zuerst erwähnt: Es wird kein zusätzliches Edelgas benötigt, was spürbare Gewichts- und Kosteneinsparungen ermöglicht und die Nutzungsdauer des Satelliten um fast das Vierfache verlängert.
In der Spalte ganz rechts in der Tabelle ist ein Faktor zu sehen, der beziffert, um welchen Faktor der TOMO GMP-Antrieb effizienter arbeitet als das jeweils beschriebene Ionen-Triebwerk.
Im Durchschnitt ist die Verwendung eines TOMO GMP-Antriebes mindestens um den Faktor 10 effizienter, als ein vergleichbares Ionen-Triebwerk. Darüber hinaus ist es möglich, auch Kleinst-Satelliten mit einen TOMO-GMP-Antrieb auszustatten, da seine der Baugröße beliebig skalierbar ist und und die Ausrüstung des Satelliten mit dem TOMO-Triebwerk vergleichsweise sehr kostengünstig ist.
Hier ist ein Katamaran Objekt mit dem GMP-Antrieb ausgestattet worden. In diesem Falle besteht der GMP-Antrieb aus zwei schräg nach vorne zeigenden Luftspulen die schräg gegenüber liegend and dem Objekt angebracht wurden, das damit bewegt werden soll.
Der Bewegungsablauf eines Pinguins mit seinen Fußspuren im Schnee sichtbar gemacht. Die gelben Pfeile stellen die vorwärtstreibenden Kräfte dar die von den zwei Luft-Spulen nacheinander auf das zu bewegende Objekt wirken.
Der Begriff „Penguin-Walk“ ist von TOMO gewählt worden, da er visuelle Ähnlichkeit mit der Fortbewegungs-Art von dem GMP-Antrieb hat. Dieser Begriff bezieht sich auf eine GMP-Antriebs-Einheit, die mit zwei schräg gegenüberliegenden Luftspulen ausgestattet wurde. Der GMP-Antrieb ist von außen an dem Objekt angebracht, das bewegt werden soll, zum Beispiel ein Satellit oder ein kleineres Wasserfahrzeug.
Wenn eine der beiden Luftspule mit elektrischem Strom versorgt wird, entsteht räumlich gesehen ein relatives großes, nahezu Kugelförmiges Magnetfeld (von 2 oder mehr Meter im Durchmesser). Dieses Magnetfeld interagiert mit einem externen homogenen Magnetfeld, was in diesem Fall das Erd-Magnet-Feld ist. Diese Interaktion führt dazu das eine Drehmoment-Kraft erzeugt wird die asymmetrisch auf den mechanischen Ramen des zu bewegenden Objektes wirkt.
Dadurch wird eine kaum merkliche Drehbewegung in dem Objekt erzeugt (weniger als 0.04 grad) und eine kleine vorwärts Bewegung von wenigen Millimetern. Dieser Vorgang wird nun mit der zweiten Luftspule wiederholt, nachdem die Stromzufuhr zur ersten Luftspule unterbrochen wurde. Das von der zweiten Luftspule in Gegenrichtung erzeugte Drehmoment führt nun dazu das eine kaum merkliche Drehbewegung (in der Gegenrichtung als zuvor) in dem Objekt erzeugt wird und wieder eine kleine vorwärtsbewegung von wenigen Millimeter entsteht in der gleichen Bewegungsrichtung wie zuvor.
Dieser Prozess kann mehrere tausendmal pro Sekunde wiederholt werden wodurch eine lineare Fortbewegung entsteht mit steigender Geschwindigkeit.
Mikroskopisch betrachtet macht der GMP-Antrieb schrittartige Vorwärtsbewegungen, so ähnlich wie ein Pinguin, wenn er auf dem Festland geht: Erst der linke Fuß dann der rechte Fuß, und wideer der linker Fuß, und so weiter. Nur mit dem Unterschied, dass der GMP-Antrieb dabei immer schneller wird.
Lutz May bei dem Befüllen des GMP-Antriebs Experiment mit flüssigem Stickstoff.
TOMO ist ein weiterer eklatanter Durchbruch gelungen: Die ersten Versuche mit einer supraleitenden Luftspule erreichte eine Steigerung der Antriebsleistung um den Faktor 30. Dabei konnte das Team gleichzeitig eine Reduzierung der elektrischen Leistung um 50 Prozent bewirken.
Ausgestattet mit Schutzkleidung und dicken Thermo-Handschuhen füllt Lutz May den Versuchsaufbau mit mehreren Kilo flüssigem Stickstoff, bevor der Versuch in Gang gesetzt wird. Der Innenwiderstand der supraleitenden Luftspule ist dann auf Null Ohm gesunken, was zu einer eklatanten Effizienzsteigerung führt. Zum Vergleich: Zuvor betrug der Innenwiederstand einer vergleichbaren Aluminium-Draht Luft-Spule 2 Ohm.
Nach mehreren Experimenten hat das TOMO-Team gelernt, an welchen „Stellschrauben“ gedreht werden muss, um weitere Effizienz Steigerung zu ermöglichen. Man plant schon das nächste Design einer neuen supraleitenden Luftspule mit weiteren Optimierungen, etwa durch mehr Windungen für einen effektiveren Strom-Durchfluss. Dasselbe gilt für den elektrischen Leistungs-Treiber, der die Luft-Spule versorgt. Hier steht als Erweiterung an, den Versorgungsstrom zu verdoppeln, was zu einer Steigerung der Antriebsleistung um den Faktor 10 bewirken könnte.