EM-Drive: Der Warp-Antrieb muss noch warten

Das EM-Triebwerk wurde bereits als Zukunft der Raumfahrt gehandelt. Mit physikalischer Detektivarbeit sind Forscher dem Mikrowellen-Triebwerk nun auf die Spur gekommen.

30. Juni 2016 um 12:06 Uhr / Ein Bericht von Frank Wunderlich-Pfeiffer

Das EM-Drive von Roger Shawyer Bild: emdrive.com

Anfang der 2000er Jahre entwickelte der US-Raumfahrtingenieur Roger Shawyer ein neues Triebwerk namens EM-Drive. Das Besondere: Es soll nur mit Mikrowellen funktionieren und keinen Treibstoff verbrauchen. Theoretisch sollte das unmöglich sein. Aufsehen erregte die Erfindung, als sie von einem Team der Nasa in einem Teststand untersucht wurde und tatsächlich ein Schub gemessen wurde . Es waren bis zu 91 Mikronewton bei einer Leistung von nur 27 Watt.

Martin Tajmar von der TU-Dresden sagt dazu: "Die theoretische Erwartung ist, dass man nichts misst. Jetzt misst man etwas und bei dieser Fehlersuche kann man extrem viel lernen."

Beim EM-Triebwerk maßen die Forscher zwar weniger Schub, als ein Ionentriebwerk bei der gleichen Leistung liefern würde, aber ohne Treibstoffverbrauch könnte ein EM-Triebwerk ewig laufen und beliebige Geschwindigkeitsveränderungen, Drehungen und andere Manöver im Weltraum ermöglichen. Noch dazu ist das Triebwerk einfach und robust aufgebaut. Ein kegelförmiger Resonator wird an ein Magnetron, einen Mikrowellenerzeuger, angeschlossen, und die Mikrowellen werden in den Resonator geleitet. Dazu kommen noch ein Transformator und ein Frequenzgenerator, um das Magnetron zu betreiben. Eine Sensation bahnte sich an – aber dann kam alles ganz anders.

Treibstofflose Triebwerke sind nicht neu

Tatsächlich ist das EM-Triebwerk nicht das einzige, das keinen Treibstoff verbraucht. Jede Quelle von elektromagnetischer Strahlung kann Schub erzeugen, egal ob Mikrowellen, infrarotes oder sichtbares Licht. Die Abweichung der Flugbahnen der Pioneer-Raumsonden konnten erst nach Jahrzehnten durch diesen Effekt erklärt werden. Mit einem Kilowatt Leistung könnte so ein Triebwerk aber nicht einmal 7 Mikronewton Schub erzeugen. Schon mit den Werten, die von der Nasa gemessen wurden, würde das EM-Triebwerk 500-mal so viel Schub liefern.

Es war interessant genug, um in den Diskussionsforen der Raumfahrtseite Nasaspaceflight.com über 26.000 Diskussionsbeiträge zu generieren. Grund genug für Studenten der TU Dresden, ihren Professor für Raumfahrtsysteme, Martin Tajmar, so lange nach dem Gerät zu fragen, bis er schließlich das Triebwerk zusammen mit einem Masterstudenten nachbaute und eigenen Tests unterzog. Der Lehrstuhl hatte zuvor schon Erfahrung mit besonders schubschwachen Triebwerken wie den elektrischen Feldemissionstriebwerken (FEEP) gemacht und besaß die nötigen Messinstrumente.

Um keine Fehler beim Bau des Triebwerks zu machen, wurde Roger Shawyer kontaktiert. Zur Erzeugung der Mikrowellen sollte das Magnetron einer einfachen 700-Watt-Mikrowelle zum Einsatz kommen, genau darauf wurde der Aufbau des EM-Triebwerks zusammen mit Shawyer abgestimmt. Die Effizienz wäre zwar nicht optimal, würde aber ausreichen, um den Schub zu messen und das Funktionsprinzip zu überprüfen.

Physikalische Detektivarbeit

Das erste Experiment wurde auf einer Waage in einer abgeschirmten Kiste durchgeführt, die den Einfluss magnetischer Felder von außen verhindert. Zusätzlich wurde die Kiste mit Steinwolle ausgekleidet, um zu starke Luftzirkulationen zu verhindern, die die Messungen verfälschen könnten. Tajmar sagt: "Mein größter Kritikpunkt [an der Nasa Studie] war, dass sie gerade dieses EM-Drive nur in eine Richtung getestet haben." So wurde der Schub des Triebwerks zunächst zweimal gemessen. Einmal zeigte das Triebwerk nach oben, einmal nach unten. Die Elektronik erzeugt einiges an Wärme und heizt die Luft in der Kiste auf. Die Kiste wirkt damit wie ein Heißluftballon und erzeugt einen kleinen Auftrieb, der bei der Messung berücksichtigt werden muss. Aber trotzdem konnte so ein Schub von etwa 100 Mikronewton gemessen werden.

Als Nächstes sollte das Experiment in einer Vakuumkammer auf einer hochpräzisen Torsionswaage wiederholt werden, um jeden möglichen Einfluss von Luftströmungen, Ionisation und ähnlichen Effekten auszuschließen. In der Kammer wurde das Triebwerk rotierbar aufgebaut und über Flüssigmetallkontakte mit Strom versorgt. Eine Wirbelstrombremse mit einem Permanentmagneten sorgte dafür, dass keine hochfrequenten Schwingungen die Messung beeinflussen würden. Und auch im Vakuum lieferte das Triebwerk wieder ähnliche Ergebnisse, wie in der abgeschirmten Kiste in der Luft. Diesmal allerdings in Form von Drehmomenten, die den Aufbau nach rechts oder links rotieren ließen.

Dabei zeigte sich aber eine weitere mögliche Schwäche. Die Wirbelstrombremse hat ein eigenes Magnetfeld und je nach genauer Position der Kabel von der Stromversorgung veränderten sich auch die gemessenen Schubkräfte etwas. Jeder Stromleiter erzeugt ein eigenes Magnetfeld, sobald ein Strom hindurchfließt, und damit wirken auch magnetische Kräfte. Also musste die Messung nochmal wiederholt werden, diesmal mit einer Flüssigkeitsdämpfung ohne zusätzliches Magnetfeld.

Schub, wo kein Schub sein soll

Wieder zeigte sich das gleiche Verhalten – bis das Triebwerk testweise nach oben ausgerichtet wurde. Normalerweise wird ein Triebwerk auf der Torsionswaage so ausgerichtet, dass es die Waage bestmöglich nach links oder rechts drehen kann. Mit dem nach oben gerichteten Triebwerk sollte nichts zu messen sein. Ein guter Test für den gesamten Experimentalaufbau. Tatsächlich produzierte das nach oben gerichtete Triebwerk in dem Aufbau aber immer noch den gleichen Schub, wie wenn es nach links gerichtet war. "Da bin ich dann etwas vorsichtig geworden" , sagt Tajmar.

So ein Ergebnis deutet auf ein Problem hin. Möglicherweise kam die Kraft gar nicht von dem Triebwerk, sondern von dem Aufbau. Die plausibelste Vermutung war, dass die gemessene Kraft durch die Interaktion der Magnetfelder der Stromleitung von außen zustande kam. Um diese Möglichkeit zu überprüfen, müsste das gesamte Experiment in einem geschlossenen System innerhalb der Vakuumkammer stattfinden, mit Strom von einer Batterie. In Dresden fehlten dazu nun aber die Zeit und die Mittel. Das Paper zu der Untersuchung sollte auf einer Konferenz vorgestellt werden und der Aufbau mit dem Magnetron aus der einfachen Mikrowelle war zu groß, zu schwer und brauchte zu viel Energie, um ihn batteriebetrieben in der Vakuumkammer aufzubauen. Im Gespräch sagt Tajmar: "Ich kann so nicht sagen: Ich bestätige das EM-Drive oder ich habe es widerlegt."

Aber eine Forschergruppe in China hat im Februar das dafür Nötige getan. Sobald das EM-Triebwerk seinen Strom nicht mehr aus einem Kabel von außen bezieht, erzeugt es keinen messbaren Schub mehr. Der Warp-Antrieb muss also leider noch warten.

In einem Pilotprojekt mit Narando vertonen wir in den kommenden Wochen zwei bis drei Golem.de-Artikel pro Woche. Die Texte werden nicht von Robotern, sondern von professionellen Sprechern vorgelesen. Über Feedback unserer Zuhörer freuen wir uns – im Forum oder an [e-mail].