Stellen Sie sich eine Zukunft vor, in der Satelliten nicht mehr mit giftigen Treibstoffen oder seltenen Gasen angetrieben werden, sondern mit ganz gewöhnlichem Wasser. Das klingt vielleicht nach Science-Fiction, aber wasserbetriebene Satellitenantriebe werden schnell zur Realität. Diese neuartigen Antriebssysteme nutzen H₂O als Treibstoff – entweder indem sie überhitzten Dampf ausstoßen oder Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zur Verbrennung aufspalten – um Raumfahrzeuge im Orbit zu manövrieren. Der Vorteil liegt auf der Hand: Wasser ist billig, reichlich vorhanden, umweltfreundlich und weit sicherer im Umgang als herkömmliche Raketentreibstoffe esa.int, nasa.gov. Wie der pensionierte Astronaut Chris Hadfield sagte, ist es „eine große Freiheit“, Raumfahrzeuge nur mit Sonnenenergie und destilliertem Wasser antreiben zu können – vor allem, da Wasser im Weltraum weit verbreitet ist (von Mondkratern bis zu Kometeneis) spaceref.com. In diesem Bericht werden wir untersuchen, wie wasserbetriebene Antriebe funktionieren, ihre Vor- und Nachteile sowie die neuesten Durchbrüche (bis einschließlich 2025), die diese Technologie von experimentellen Demonstrationen in den Mainstream bringen.
Wie funktionieren wasserbetriebene Satellitentriebwerke?
Wasser allein verbrennt nicht wie ein herkömmlicher Treibstoff – es ist die Reaktionsmasse, die angeregt und ausgestoßen wird, um Schub zu erzeugen. Es gibt einige geniale Wege, wie Ingenieure wasserbetriebene Triebwerke möglich gemacht haben:
- Dampfantrieb (elektrothermische Triebwerke): Der einfachste Ansatz besteht darin, Wasser zu Hochdruckdampf zu erhitzen und diesen durch eine Düse auszustoßen, um Schub zu erzeugen. Diese „Dampfraketen“- oder Resistojet-Designs verwenden elektrische Heizelemente oder Mikrowellenenergie, um Wasser zu kochen. Zum Beispiel verwendet das Vigoride-Fahrzeug von Momentus Space ein Mikrowellen-elektrothermisches Triebwerk (MET), das „Wasser mit Sonnenenergie mikrowelliert“, bis es zu Plasma verdampft und als hochenergetischer Strahl ausgestoßen wird spaceref.com. Es ist vergleichbar damit, eine Düse auf einen Wasserkocher oder eine Mikrowelle zu setzen – der ausgestoßene heiße Dampf treibt den Satelliten an. Dampfbetriebene Triebwerke liefern zwar nur wenig Schub, sind aber sehr sicher und mechanisch einfach. Das japanische Start-up Pale Blue bewies ein solches System 2023 im Orbit, indem es mit einem Wasser-Resistojet die Umlaufbahn eines kleinen Sony-Satelliten um einige Kilometer veränderte phys.org. Das Design von Pale Blue hält Wasser bei niedrigem Druck und verdampft es bei moderaten Temperaturen – ein Ansatz, der zwei Minuten Dauerbetrieb im All bestätigte phys.org.
- Elektrolyse (Wasserraketenantriebe): Eine energiereichere Methode ist es, Wasser in Wasserstoff- und Sauerstoffgas zu spalten (mittels Elektrolyse) und dieses Gemisch dann in einem Mini-Raketentriebwerk zu verbrennen. Im Wesentlichen trägt der Satellit unpressurisiertes flüssiges Wasser mit sich und nutzt dann elektrische Energie aus Solarpanels, um bei Bedarf brennbare Gase zu erzeugen. NASAs Hydros-Triebwerk, entwickelt mit Tethers Unlimited, hat diesen Ansatz erstmals umgesetzt spinoff.nasa.gov. Im Orbit elektrolysiert Hydros Wasser zu H₂ und O₂, die in Blasen gespeichert und dann in einer Kammer gezündet werden, um Schubstöße zu erzeugen spinoff.nasa.gov. Es ist „eine Hybridform aus elektrischem und chemischem Antrieb“, erklärt Tethers Unlimited CEO Robert Hoyt – Solarenergie übernimmt die Aufspaltung des Wassers, aber die anschließende Verbrennung sorgt für einen kräftigen Schub spinoff.nasa.gov. Europäische Ingenieure bei ArianeGroup arbeiten an einem ähnlichen System: Ein großer Wassertank speist einen Elektrolyseur, die Wasserstoff-/Sauerstoffgase werden nach etwa 90 Minuten Erzeugung gezündet und liefern pro Zyklus etwa 30 Sekunden Schub ariane.group. Dieser zyklische Lade-und-Brenn-Prozess kann deutlich höhere Schubwerte liefern als elektrische Ionentriebwerke (ArianeGroup schätzt bis zu 14× mehr Schub pro eingesetzter Energie als Hall-Effekt-Ionentriebwerke) esa.int. Der Kompromiss ist ein moderater spezifischer Impuls – also Treibstoffeffizienz – der zwischen herkömmlichem chemischem und elektrischem Antrieb liegt esa.int. Dennoch sind die Leistungen beeindruckend: „Hydrazin hat einen spezifischen Impuls von 200 s gegenüber 300 s für Wasser,“ merkt Jean-Marie Le Cocq von ArianeGroup an und vergleicht ihren Wasserantrieb positiv mit dem giftigen Treibstoff, den er ersetzen könnte ariane.group.
- Ionen- und Plasmatriebwerke mit Wasser: Wasser kann auch als Treibstoff in fortschrittlichen elektrischen Antriebssystemen dienen. In diesen Designs wird Wasserdampf ionisiert oder anderweitig zu Plasma angeregt und dann durch elektromagnetische Felder beschleunigt, um Schub zu erzeugen (ähnlich wie bei einem Xenon-Ionenantrieb). Zum Beispiel entwickelt Pale Blue einen Water Ion Thruster, der eine Mikrowellen-Plasmaquelle nutzt, um Wassermoleküle zu atomisieren und Ionen für den Schub auszustoßen phys.org. Solche Systeme können einen deutlich höheren spezifischen Impuls (über 500 Sekunden) erreichen, da der Treibstoff mit extrem hohen Geschwindigkeiten ausgestoßen wird reddit.com. Ähnlich haben Forscher wasserbetriebene Arcjet-Triebwerke (~550 s Isp) und Mikrowellen-Plasmatriebwerke (bis zu 800 s Isp) getestet reddit.com – Leistungen, die mit vielen modernen elektrischen Triebwerken mithalten oder diese sogar übertreffen. Die Herausforderung besteht hier darin, die Plasmagenerierung zu steuern und die Korrosion der Elektroden durch die Nebenprodukte des Wassers zu verhindern. Aber das Potenzial ist enorm: Hoch-Isp-Wassertriebwerke könnten Wasser für bestimmte Missionen masseneffizienter als herkömmliche Treibstoffe machen reddit.com. Diese Technologien befinden sich noch in der Entwicklung; die ersten On-Orbit-Demonstrationen eines Wasser-Ionen-Triebwerks von Pale Blue sind für 2025 im Rahmen von zwei Missionen mit D-Orbits Trägersatelliten geplant payloadspace.com. In Zukunft könnten hybride Triebwerke sogar Modi kombinieren – z. B. ein Doppelsystem, das bei Bedarf starke Dampf-Impulse bietet und für lange Reisezeiten effizienten Ionenantrieb nutzt phys.org.
In allen Fällen besteht die Grundidee darin, elektrische Energie (von Solarpanels) zu nutzen, um der Wassermasse kinetische Energie zuzuführen und sie für den Antrieb auszustoßen. Wasser selbst ist inert und ungiftig, was es besonders praktisch macht – es kann als Flüssigkeit gelagert werden (keine Hochdrucktanks beim Start nötig) und explodiert nicht oder vergiftet das Personal nicht. Der Antrieb wird erst „aktiviert“, sobald der Satellit sicher im Orbit ist und Energie zur Verfügung steht, um das Wasser zu erhitzen oder zu elektrolysieren. Diese bedarfsgerechte Eigenschaft ist genau der Grund, warum die NASA in wasserbasierte Triebwerke für Kleinsatelliten investiert: „PTD-1 wird diesen Bedarf mit der ersten Demonstration eines wasserbasierten Elektrolyse-Antriebssystems im Weltraum erfüllen,“ sagte David Mayer, Projektmanager einer Testmission 2021 nasa.gov. Die nächsten Abschnitte werden untersuchen, warum dieses Konzept so attraktiv ist – und welche Herausforderungen noch bestehen.
Vorteile des Wasserantriebs
Sicherheit und Einfachheit: Herkömmliche Satelliten-Treibstoffe wie Hydrazin oder Xenon sind entweder hochgiftig, korrosiv oder erfordern eine starke Druckbeaufschlagung. Wasser hingegen ist laut Mayer „der sicherste Raketentreibstoff, den ich kenne,“ nasa.gov. Es ist ungiftig, nicht brennbar und bei Raumtemperatur stabil, was Integration und Start deutlich einfacher und günstiger macht nasa.gov. Es sind keine Schutzanzüge oder komplexe Betankungsverfahren nötig – „man kann Studenten damit arbeiten lassen, und sie werden sich nicht vergiften,“ scherzt der CEO von Tethers Unlimited spinoff.nasa.gov. Dieser Sicherheitsfaktor ist besonders wichtig für CubeSats, die sich Raketen mit teuren Hauptnutzlasten teilen, da strenge Vorschriften oft Sprengstoffe oder Hochdrucktanks an Bord verbieten nasa.gov. Wasserbetriebene Systeme bleiben bis zur Aktivierung im Orbit ungefährlich, was die Sicherheitsanforderungen am Startplatz erleichtert. Dadurch wurde es selbst für kleine CubeSats möglich, einen Antrieb zu haben, was zuvor wegen der Treibstoffsicherheitsvorschriften nicht erlaubt war.
Niedrige Kosten und Allgegenwärtigkeit: Wasser ist spottbillig und überall verfügbar. Es gibt keine Engpässe in der Lieferkette – jeder Startplatz der Welt kann problemlos reines Wasser beschaffen (und auch mal etwas verschütten, ohne dass etwas passiert). „Wasser ist überall auf der Erde verfügbar und kann ohne Risiko transportiert werden“, betont Nicholas Harmansa von ArianeGroup, der überzeugt ist, dass „Wasser der Treibstoff der Zukunft ist“ ariane.group. Pro Liter kostet Wasser nur ein paar Cent, während exotische elektrische Treibstoffe wie Xenongas Preisschwankungen und Lieferschwierigkeiten unterliegen. Auch die Hardware für Wassertriebwerke kann günstiger sein: Es sind keine dickwandigen Druckbehälter oder Rohrleitungen für giftige Stoffe nötig. Insgesamt kann laut Schätzungen von ArianeGroup die Verwendung von Wasser die Kosten für Antriebssysteme im Vergleich zu herkömmlichen Systemen um den Faktor drei senken ariane.group. Die Europäische Weltraumorganisation fand heraus, dass ein 1-Tonnen-Satellit durch den Wechsel von Hydrazin zu einem Wasser-Elektrolyse-Triebwerk etwa 20 kg Masse einsparen könnte, zusätzlich zu „deutlich reduzierten Handhabungs- und Betankungskosten“ esa.intesa.int. Für kommerzielle Betreiber bedeuten diese Einsparungen an Masse und Geld mehr Nutzlast und weniger Risiko.
Betankung und Nachhaltigkeit im Weltraum: Vielleicht ist der spannendste Vorteil, wie Wasserantrieb eine nachhaltige Weltrauminfrastruktur ermöglichen könnte. Wasser ist nicht nur auf der Erde häufig – es ist im gesamten Sonnensystem reichlich vorhanden. Eisvorkommen auf dem Mond, dem Mars, Asteroiden und Monden wie Europa sind im Grunde „Weltraum-Tankstellen“, die darauf warten, erschlossen zu werden mobilityengineeringtech.com. Im Gegensatz zu giftigen Treibstoffen, für deren Herstellung außerhalb der Erde komplexe Chemiefabriken nötig wären, kann Wasser nach minimaler Aufbereitung direkt als Treibstoff verwendet werden. Das hat enorme Auswirkungen auf die Erforschung des tiefen Weltraums: Ein Raumschiff könnte seine Tanks auffüllen, indem es am Zielort Eis abbaut, und dann unbegrenzt weiterreisen. Eine wegweisende Demonstration dieses Konzepts fand 2019 statt, als ein Team der UCF und Honeybee Robotics den WINE (World Is Not Enough)-Prototyp testete, einen kleinen Lander, der simuliertes Asteroideneis abbaute und daraus Dampfantrieb erzeugte en.wikipedia.org. WINE bohrte erfolgreich eisiges Regolith an, extrahierte Wasser und „hüpfte“ in einer Vakuumkammer auf einem Dampfstrahl – und bewies damit, dass ein Fahrzeug „von den Ressourcen vor Ort leben“ und sich selbst für „ewige Erkundung“ en.wikipedia.org betanken kann. Langfristig könnten wasserbetriebene Raumfahrzeuge von Asteroid zu Asteroid reisen, ohne jemals eine Nachschubversorgung von der Erde zu benötigen en.wikipedia.org. Selbst im erdnahen Betrieb sehen Unternehmen wie Orbit Fab Wasser als Kandidaten für Betankungsdienste im Orbit, da es so einfach zu handhaben ist. All dies macht den Wasserantrieb zu einem Grundpfeiler für die Weltraumwirtschaft, die Visionäre aufzubauen versuchen: „Wir sehen Wasser als eine grundlegende Ressource, die für diese Wirtschaft entscheidend ist“, sagt Hoyt, der die nächste Generation von Hydros-Triebwerken mit Betankungsanschlüssen für unbegrenzte Lebensdauer entwickelt spinoff.nasa.gov.
Umwelt- und Betriebssauberkeit: Als grüner Treibstoff erzeugt Wasser keine schädlichen Abgase – nur Wasserdampf oder Spuren von Wasserstoff/Sauerstoff, die sich schnell verflüchtigen. Das ist nicht nur für die Umwelt der Erde von Vorteil, sondern auch für empfindliche Raumfahrtsysteme. Optische Sensoren oder Sternsensoren werden nicht durch Rückstände beschlagen, und es besteht keine Gefahr von korrosivem Abgasbeschuss auf empfindliche Oberflächen mobilityengineeringtech.com. Chris Hadfield weist darauf hin, dass wasserbasierte Triebwerke ideal für Wartungsmissionen wie das Anheben des alternden Hubble-Weltraumteleskops sind, da sie „[Hubble] nicht mit irgendwelchen Rückständen von Treibstoff besprühen können“ spaceref.com. Der sanfte, kontrollierte Schub eines Wasserplasma-Triebwerks kann Umlaufbahnen anheben oder absenken, ohne die heftigen Stöße chemischer Triebwerke, was die mechanische Belastung bei empfindlichen Operationen verringert spaceref.com. Zusammengefasst ist Wasserantrieb nicht nur freundlicher für diejenigen, die Satelliten starten und bauen, sondern auch für die Satelliten selbst und ihre himmlischen Nachbarn.
Illustration eines kleinen Satelliten, der einen wasserbasierten Antrieb im Orbit verwendet. Mit Wasser betriebene Antriebe können durch elektrisches Erhitzen oder Elektrolyse von Wasser Schub erzeugen und bieten eine sicherere und „grünere“ Alternative zu herkömmlichen chemischen Raketen nasa.govnasa.gov.
Herausforderungen und Einschränkungen
Wenn Wasserantrieb so großartig ist, warum nutzen dann nicht schon alle Satelliten diese Technologie? Wie bei jeder neuen Technologie gibt es Kompromisse und Hürden, die überwunden werden müssen:
Geringerer Schub (in einigen Modi): Reine Wasser-Resistojet-Triebwerke haben im Vergleich zu chemischen Raketen tendenziell einen sehr niedrigen Schub. Kochendes Wasser kann nur mit begrenzter Geschwindigkeit ausgestoßen werden (typischerweise ergibt sich ein spezifischer Impuls in der Größenordnung von 50–100 Sekunden bei einfachen Dampftriebwerken reddit.com, blog.satsearch.co). Das ist für kleine CubeSats, die sanfte Kurskorrekturen durchführen, in Ordnung, bedeutet aber, dass Manöver langsam ablaufen. Ein Dampftriebwerk mit 50 s Isp liefert „deutlich weniger Leistung pro investiertem Geld“ impulsbezogen als ein typisches Hydrazin-Triebwerk mit 300 s Isp reddit.com. Die Branche begegnet diesem Problem, indem sie auf energiereichere Ansätze wie Plasmatriebwerke (500+ s Isp) und Wasser-Bipropellant-Verbrennung (~300 s Isp) umsteigt reddit.com, ariane.group. Dennoch bleibt das Schub-zu-Leistung-Verhältnis ein begrenzender Faktor – man benötigt reichlich elektrische Energie, um aus Wasser einen nennenswerten Schub zu erzeugen. Bei kleinen Satelliten ist die Energie begrenzt, sodass es eine Obergrenze für den Schub gibt, es sei denn, sie führen große Solarpanels oder andere Energiequellen mit. Deshalb eignen sich selbst die besten Wasser-Ionen-Triebwerke derzeit eher für langsames Anheben der Umlaufbahn als für schnelle Bahnwechsel. Ingenieure müssen sorgfältig abwägen, ob die Delta-V- und Zeitvorgaben einer Mission mit einem elektrischen Wassertriebwerk erfüllt werden können oder ob ein chemisches System mit höherem Schub erforderlich ist.
Energie- und Wärmebedarf: Wasser lässt sich zwar leicht speichern, aber es in heißes Gas oder Plasma zu verwandeln, erfordert viel Energie. Besonders die Elektrolyse ist energiehungrig – die Spaltung von Wasser ist von Natur aus ineffizient, und anschließend müssen die Gase noch gezündet werden. Die Elektrolyseure und Heizungen erhöhen die Komplexität und können zu Ausfallpunkten werden. Die Wärme zu managen ist ein weiteres Problem: Siede- oder Plasmasysteme können sehr heiß laufen, was im Vakuum des Weltraums schwierig ist, da Kühlung dort schwer ist. Hoyt von Tethers Unlimited wies auf die Materialherausforderungen im Umgang mit „Wasserstoff und Sauerstoff und überhitztem Dampf“ hin – Korrosion und Verunreinigungen können ein System leicht verschlechtern spinoff.nasa.gov. Konstrukteure müssen spezielle Beschichtungen und ultrareines Wasser verwenden, um eine Verschmutzung der Elektroden zu vermeiden und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten spinoff.nasa.gov. Diese Probleme werden nach und nach gelöst (zum Beispiel durch bessere Materialien und indem der Elektrolyseur von der Brennkammer isoliert wird), aber es hat Jahre an Forschung und Entwicklung gebraucht, um einen zuverlässigen Antrieb zu bauen. Tatsächlich ist trotz der Tatsache, dass die NASA seit den 1960er Jahren über Wasserraketen nachdenkt, erst kürzlich ein „praktischer Wasser-Elektrolyse-Antrieb“ entstanden – aufgrund dieser technischen Hürdenspinoff.nasa.gov.
Leistungs- vs. Speicherkompromiss: Wasser ist voluminös. Es hat eine ordentliche Dichte (1 g/ml, ähnlich wie viele Flüssigtreibstoffe), bietet aber keine eigene chemische Energie. Das bedeutet, dass für Missionen mit hohem Delta-V ein Wassertank größer sein müsste als ein Tank mit energiereicheren Treibstoffen. Der Vorteil von Wasser ist, dass fortschrittliche Triebwerke externe Energie zuführen können, um dies auszugleichen. Ein Mikrowellen-Elektrothermischer Antrieb, der z. B. 5 kW in Wasser einspeist, kann eine Isp von ~800 s erreichen reddit.com und so mehr Leistung aus jedem Tropfen Wasser herausholen. Aber solche Leistungsniveaus sind nur auf größeren Raumfahrzeugen verfügbar. Kleine Satelliten sind möglicherweise auf eine niedrigere Isp beschränkt, was Wasser für sie weniger effizient macht. Es gibt auch das Problem der Wasserhandhabung im Orbit: Es kann gefrieren, wenn Leitungen oder Tanks nicht beheizt werden, oder es kann zu Schubinstabilitäten kommen, wenn es unvorhersehbar verdampft. Ingenieure begegnen dem mit sorgfältiger Temperaturkontrolle und Druckregulierung (z. B. indem das Wasser leicht unter Druck gehalten wird, damit es flüssig bleibt, bis es verdampfen soll phys.org). Außerdem ist Wasser beim Start zwar nicht unter Druck, aber einige Systeme erfordern, dass es im All unter Druck gesetzt wird (oder dass die elektrolysierten Gase in Drucktanks gespeichert werden). Das bringt eine gewisse Komplexität von Drucksystemen zurück, allerdings erst nach Erreichen des Orbits. Missionsplaner müssen auch Treibstoffverdampfung berücksichtigen – Wasser in einem beheizten Tank könnte bei einer langen Mission entweichen oder verdampfen, wenn es nicht richtig abgedichtet und gekühlt wird.
Flugerfahrung und Vertrauen: Stand 2025 ist Wasserantrieb immer noch ein relativ neuer Akteur in den operativen Flotten. Viele Satellitenbetreiber verfolgen einen „Abwarten und Beobachten“-Ansatz, da sie sicherstellen wollen, dass die Technologie bewährt ist. Frühe Anwender wie HawkEye 360 (die 2018 Wassertriebwerke einsetzten) und Sonys Star Sphere-Programm (2023) haben geholfen, Vertrauen aufzubauen geekwire.com, phys.org. Doch konservative Kunden könnten weitere Demonstrationen benötigen, insbesondere für kritische Missionen, bevor sie bewährte chemische Triebwerke aufgeben. Es gab auch kleinere Pannen: Zum Beispiel sollte NASAs Pathfinder Technology Demonstrator-1 (PTD-1) Mission im Jahr 2021 das Hydros-Triebwerk von Tethers im Orbit nachweisen nasa.gov. Während die Mission größtenteils erfolgreich war, sind etwaige Anomalien oder Minderleistungen (sofern sie auftraten) Lektionen, aus denen zukünftige Versionen lernen werden. Es ist erwähnenswert, dass selbst erfolgreiche Tests bisher nur eine begrenzte Dauer hatten (Minuten des Betriebs). Die Langzeitbeständigkeit dieser Systeme (hunderte Zündungen über Jahre) wird getestet, ist aber im All noch nicht vollständig validiert. Das ändert sich jedoch schnell, da Unternehmen wie Momentus ihre Wassertriebwerke inzwischen dutzende Male im Orbit gezündet haben nasdaq.com. Jede neue Mission erweitert die Möglichkeiten und bringt den Wasserantrieb näher an eine Mainstream-Option. In der Zwischenzeit bewerten Ingenieure und Regulierungsbehörden diese Triebwerke sorgfältig, um Standards und bewährte Verfahren festzulegen (zum Beispiel sicherzustellen, dass ein „wasserbetriebenes“ Satellit am Lebensende sicher deorbitiert werden kann, indem etwas Wasser für einen letzten Deorbit-Burn reserviert wird – eine Anforderung zur Vermeidung von Weltraummüll).
Kurz gesagt, die Einschränkungen des Wasserantriebs – geringerer Sofortschub, Energiebedarf und das Risiko der frühen Entwicklungsphase – bedeuten, dass er noch keine Allzwecklösung für jedes Szenario ist. Aber der rasche Fortschritt der letzten Jahre deutet darauf hin, dass diese Herausforderungen nach und nach überwunden werden, wie wir im nächsten Abschnitt im Kontext realer Missionen und Akteure betrachten.
Frühe Innovationen und historische Meilensteine
Das Konzept, Wasser als Antriebsstoff im Weltraum zu verwenden, schwebt seit Jahrzehnten im Raum. Bereits Forscher der NASA in der Apollo-Ära erkannten, dass Wasser in Wasserstoff/Sauerstoff umgewandelt werden könnte – die gleiche potente Kombination, die die Space Shuttles antrieb – sofern im All Energie zur Verfügung steht spinoff.nasa.gov. Doch im 20. Jahrhundert blieb die Idee auf dem Reißbrett; chemische Raketen mit lagerfähigen, giftigen Treibstoffen waren einfach ausgereifter und lieferten für die damalige Technologie einen höheren Schub. Erst mit der Miniaturisierung von Satelliten und Fortschritten in der elektrischen Energieversorgung gewann der Wasserantrieb neue Relevanz. Hier sind einige wichtige frühe Meilensteine auf dem Weg zum heutigen Stand:
- 2011–2017: Der Aufstieg der CubeSats (winzige Satelliten, gebaut aus 10-cm-Würfeln) schuf einen Bedarf an ebenso winzigen, sicheren Triebwerken. Forschungsgruppen begannen, Wasser als idealen CubeSat-Treibstoff erneut zu untersuchen, da viele Startanbieter chemische Treibstoffe bei Sekundärnutzlasten verboten. 2017 stellte ein Team der Purdue University unter der Leitung von Prof. Alina Alexeenko einen Mikroantrieb namens FEMTA (Film-Evaporation MEMS Tunable Array) vor, der ultra-reines Wasser verwendet mobilityengineeringtech.com. FEMTA nutzte 10-Mikrometer-Kapillaren, die in Silizium geätzt wurden; die Oberflächenspannung hält das Wasser an Ort und Stelle, bis ein Heizelement es zum Sieden bringt und Mikrostrahlen von Dampf ausstößt. In Vakuumkammer-Tests erzeugte ein FEMTA-Triebwerk steuerbaren Schub im Bereich von 6–68 µN mit einem spezifischen Impuls von etwa 70 s futurity.org, sciencedirect.com. Vier FEMTA-Triebwerke (mit insgesamt etwa einem Teelöffel Wasser) konnten einen 1U-CubeSat in weniger als einer Minute drehen und benötigten dafür nur 0,25 W Leistung mobilityengineeringtech.com. Dies war ein Durchbruch, der zeigte, dass selbst sehr leistungsschwache Systeme mit Wasser eine sinnvolle Lageregelung ermöglichen können. Alexeenko hob die Attraktivität von Wasser nicht nur für Erdumlaufbahnen, sondern auch für die Ressourcennutzung im All hervor – „Wasser gilt als reichlich vorhanden auf dem Marsmond Phobos, was ihn potenziell zu einer riesigen Tankstelle im All macht… [und] zu einem sehr sauberen Treibstoff“ mobilityengineeringtech.com.
- 2018: Der erste operationelle Einsatz von Wasserantrieb im Orbit fand statt. Ein US-Startup, Deep Space Industries (DSI), hatte den Comet-Elektrothermalthruster entwickelt, ein kleines Gerät, das Wasser erhitzt und es zur Steuerung von Kleinsatelliten ausstößt. Im Dezember 2018 flogen DSI’s Comet-Triebwerke auf vier kommerziellen Satelliten: drei davon gehörten zur HawkEye 360 Funkfrequenz-Konstellation und einer war für Capella Space’s Radar-Imaging-Demo geekwire.com. Diese Kleinsatelliten nutzten erfolgreich Wasserantrieb, um ihre Umlaufbahnen anzupassen, was den Einstand von wasserbetriebenen Triebwerken im Weltraum markierte. Etwa zur gleichen Zeit wurde ein japanischer 3U-CubeSat namens AQT-D (Aqua Thruster-Demonstrator), entwickelt an der Universität Tokio, von der ISS ausgesetzt. AQT-D testete ein Wasser-Resistojet-System im Orbit Ende 2019 und demonstrierte Lage- und kleine Bahnänderungen; dies war ein früher In-Orbit-Test Japans, der den Grundstein für das spätere Startup Pale Blue legte blog.satsearch.co.
- 2019: NASAs Interesse an Wasserantrieb ging von der Theorie in die Praxis über. Tethers Unlimited lieferte im Rahmen von NASA SBIR-Verträgen und einer „Tipping Point“-Partnerschaft einen flugbereiten HYDROS-C-Thruster für CubeSatsspinoff.nasa.govspinoff.nasa.gov. Die NASA integrierte diesen in die Pathfinder Technology Demonstrator 1 (PTD-1)-Mission, einen 6U-CubeSat. Obwohl der Start auf 2021 verschoben wurde, zielte diese Mission darauf ab, die „erste Demonstration eines wasserbasierten Elektrolyse-Raumfahrtantriebssystems im All“ nasa.gov zu sein. Allein die Genehmigung einer Wasserantriebs-Nutzlast zeigte NASAs Vertrauen in deren Sicherheit und Nutzen für kleine Missionen. Im Privatsektor wurde DSI 2019 von Bradford Space übernommen geekwire.com, wodurch sich DSIs Fokus vollständig auf Antriebssysteme verlagerte. Bradford vermarktete den Comet-Thruster weiterhin als ungiftige Alternative für Kleinsatelliten, und sogar große Integratoren wurden aufmerksam – LeoStella (der Hersteller der BlackSky-Erdbeobachtungskonstellation) entschied sich, Comet-Wassertriebwerke für seine kommenden Satelliten einzusetzen geekwire.com. Ende 2019 war der Trend klar: Wasserantrieb hatte sich von Laborprototypen zu echten Raumfahrzeugen entwickelt und zog ernsthafte Investitionen an.
- 2020–2021: Mehrere bedeutende Ereignisse hielten Wasserantriebe in den Schlagzeilen. Ein in Washington ansässiges Startup, Momentus Inc., trat mit kühnen Plänen für Raum-Schlepper (Orbitale Transferfahrzeuge) auf, die von Wasserplasma-Triebwerken angetrieben werden. Mitbegründet von einem russischen Unternehmer, erregte Momentus Aufmerksamkeit durch seine Versprechen bezüglich „Wasserplasma-Antrieb“, obwohl regulatorische Hürden die ersten Starts bis 2021 verzögerten. Inzwischen gründete sich 2020 das japanische Startup Pale Blue Inc. aus Labors der Universität Tokio aus und strebt die Kommerzialisierung von Wasserantrieben auf dem japanischen und globalen Markt an phys.org. Ihr Fahrplan umfasste kleine Resistojet-Einheiten sowie fortschrittlichere Ionen- und Hall-Effekt-Triebwerke, die Wasser nutzen. Anfang 2021 startete die NASA schließlich PTD-1 (mit SpaceX’s Transporter-1 Rideshare), das den Hydros-Antrieb an Bord hatte nasa.gov. Während einer 4-6-monatigen Mission sollte PTD-1 Bahnänderungen mit Wasser als Treibstoff durchführen und so die für die zukünftige Nutzung erforderliche Leistung und Zuverlässigkeit nachweisen nasa.gov. Diese Mission war der Höhepunkt von fast einem Jahrzehnt Arbeit von Tethers und NASA und zeigte, dass selbst ein satellitengroßes Gerät in Schuhkartongröße ein „kostengünstiges, leistungsstarkes Antriebssystem“ mit Wasser haben kann nasa.gov. 2021 schloss auch die Europäische Weltraumorganisation eine Studie zur Machbarkeit von Wasserantrieben ab, identifizierte diese als Top-Wahl für bestimmte Missionsklassen (insbesondere 1-Tonnen-LEO-Satelliten) und veranlasste Unternehmen wie das deutsche OMNIDEA-RTG, Entwicklungsarbeiten in Europa zu beginnen esa.intesa.int.
Diese frühe Geschichte ebnete den Weg, indem sie das Konzept und die frühe Einführung bewies. Als Nächstes betrachten wir die aktuellen Akteure, die den Wasserantrieb skalieren und die Missionen, die seine Fähigkeiten demonstrieren.
Schlüsselakteure, die den Wasserantrieb vorantreiben
Bis 2025 treibt ein lebendiges Ökosystem aus Unternehmen und Raumfahrtagenturen den wasserbasierten Antrieb von der Demonstration zur Anwendung. Hier sind einige der bemerkenswerten Organisationen und ihre Beiträge:
- Tethers Unlimited (USA) & NASA: Tethers Unlimited (TUI) war ein Pionier mit seinen Hydros-Wasserelektrolyse-Triebwerken, die durch NASA SBIR-Fördermittel entwickelt wurden spinoff.nasa.gov. In Zusammenarbeit mit NASA Ames und Glenn flog TUI das Hydros-C auf der NASA-PTD-1-Mission und wurde damit zum Wegbereiter der Wasserantriebstechnologie in CubeSats spinoff.nasa.gov. TUI baute außerdem größere Hydros-M-Einheiten für 50–200 kg schwere Satelliten im Rahmen eines NASA Tipping Point-Vertrags und lieferte Triebwerke an Millennium Space Systems zum Testen spinoff.nasa.gov. Die fortgesetzte Unterstützung der NASA (durch Programme wie Small Spacecraft Technology und die bevorstehenden On-orbit Servicing-Missionen) zeigt das starke Vertrauen der Behörde in Wasser als Treibstoff für sichere, nachfüllbare Raumfahrzeuge. TUI-CEO Hoyt stellt sich vor, dass Wassertriebwerke schließlich mit Betankungsanschlüssen ausgestattet werden, um von Orbit Fab-Depots oder Asteroidenbergbau-Operationen aufgetankt zu werden spinoff.nasa.gov.
- Momentus Inc. (USA): Momentus hat einen einzigartigen Microwave Electrothermal Thruster (MET) entwickelt, der Wasser verwendet, um Plasma-Jets zu erzeugen, und hat ihn in das Vigoride-Orbit-Transferfahrzeug integriert. Trotz eines holprigen Weges (einschließlich US-Regulierungsüberprüfung und einer verzögerten SPAC-Fusion) führte Momentus 2022–2023 mehrere erfolgreiche Vigoride-Demonstrationen durch. Während der Vigoride-5-Mission im Januar 2023 „testete Momentus seinen MET-Antrieb im Orbit mit 35 Zündungen“ und validierte so die Leistung des Antriebs in verschiedenen Anwendungsfällen nasdaq.com. In einem Test hob Vigoride-5 seine Umlaufbahn um ca. 3 km an, nur mit Wasserantrieb spaceref.com. Chris Hadfield, Vorstandsmitglied des Unternehmens, ist ein lautstarker Befürworter und betont, dass „wir viel mehr Wasser in unserem Sonnensystem finden“, das als Treibstoff genutzt werden kann, und dass der MET von Momentus im Grunde „eine Düse auf einer Mikrowelle“ ist, die sogar Wasser in Plasma für den Schub umwandeln kann spaceref.com. Momentus bietet nun Shuttle-Dienste im Weltraum an und nutzt die niedrigen Kosten von Wasser, um möglicherweise preislich konkurrenzfähig zu sein. Sie haben auch ehrgeizige Projekte vorgeschlagen, wie z. B. einen wasserbasierten Schlepper zu verwenden, um die Umlaufbahn des Hubble-Teleskops anzuheben und so dessen Lebensdauer zu verlängern spaceref.com. Während Momentus seine kommerzielle Tragfähigkeit noch unter Beweis stellen muss, hat das Unternehmen die Technologie zweifellos vorangebracht, indem es mehrfach ein skalierbares Wasserantriebssystem im Orbit demonstriert hat.
- Pale Blue (Japan): Ein Startup, das an der Universität Tokio gegründet wurde, Pale Blue ist der Name, den man in Asien im Bereich Wasserantrieb im Auge behalten sollte. Im März 2023 trieb Pale Blues Wasser-Resistojet-Triebwerk Sonys EYE-Satelliten (des Star Sphere-Projekts) an – der erste Einsatz eines privat entwickelten japanischen Wassertriebwerks im Orbit phys.org. Das Triebwerk führte einen zweiminütigen Brennvorgang durch, der die Umlaufbahn des CubeSats wie geplant veränderte – ein großer Meilenstein für das Unternehmen phys.org. Pale Blue bietet eine Reihe von Triebwerken an: von den PBR-Serien (10, 20, 50) Resistojet-Modulen für Kleinsatelliten bis hin zum kommenden PBI-Wasserionentriebwerk und sogar einem geplanten Wasser-Hall-Effekt-Triebwerk (PBH) bis 2028 blog.satsearch.co. Ihr PBR-20-Triebwerk (1 mN Schub, >70 s Isp) wurde bei Flügen 2019 und 2023 getestet, und ein größeres PBR-50 (10 mN Schub) startete Anfang 2024 zu seiner ersten Mission blog.satsearch.co. Im Jahr 2025 soll Pale Blue das weltweit erste wasserbasierte Ionen-Triebwerk in 1U-Größe auf zwei D-Orbit-Rideshare-Missionen (Juni und Oktober) demonstrieren payloadspace.com. Die japanische Regierung unterstützt Pale Blue stark – ein Programm aus dem Jahr 2024 gewährte dem Unternehmen bis zu 27 Millionen US-Dollar, um seinen wasserbasierten Antrieb für kommerzielle und militärische Anwendungen weiterzuentwickeln (was auf ein nationales Interesse an ungiftigem Antrieb für Satelliten hinweist). Mit Partnerschaften (wie mit dem italienischen Unternehmen D-Orbit) und erheblicher Finanzierung will Pale Blue den Markt für Kleinsatellitenantriebe mit sicheren, nachfüllbaren Wassersystemen revolutionieren.
- Bradford Space (USA/Europa): Nach der Übernahme von Deep Space Industries im Jahr 2019 erbte Bradford Space das Comet-Wassertriebwerk und hat es seitdem an mehrere Satellitenmissionen geliefert. Der Comet wird als „das weltweit erste betriebsfähige Wasserantriebssystem“ beworben und wurde bereits von mehreren Kunden eingesetzt geekwire.com. Besonders hervorzuheben ist, dass die Pathfinder-Satelliten von HawkEye 360 und der Whitney-Demonstrationssatellit von Capella im Jahr 2018 jeweils Comet-Triebwerke für die Bahnsteuerung nutzten geekwire.com. Auch der in Seattle ansässige Hersteller LeoStella entschied sich für Comet-Triebwerke für die zweite Generation der BlackSky-Bildgebungssatelliten, die er baut, was auf Vertrauen in die Zuverlässigkeit von Comet hinweist geekwire.com. Das Comet-Triebwerk liefert etwa 17 mN Schub und 175 s Isp blog.satsearch.co, wobei ein elektrothermischer Heizer verwendet wird, um Wasserdampf auszustoßen. Bradford vermarktet es als „start-sichere“ Alternative zu Hydrazinsystemen für kleine und mittlere Satelliten blog.satsearch.co. Mit Niederlassungen in den USA und Europa integriert Bradford die Comet-Technologie auch in zukünftige Deep-Space-Missionsdesigns (z. B. könnte der vorgeschlagene Xplorer-Satellitenbus für Asteroidenmissionen Wasserantrieb zur Manövrierung im Weltraum nutzen geekwire.com). Da die Zahl der Konstellationen zunimmt, positioniert sich Bradford mit der Produktion von flugerprobten Wassertriebwerken als wichtiger Zulieferer für Unternehmen, die nicht-gefährliche Antriebssysteme in großem Maßstab wünschen.
- ArianeGroup & europäische Partner (EU): In Europa hat der große Luft- und Raumfahrtkonzern ArianeGroup die Führung bei wasserbasierter Antriebstechnik übernommen und will damit Satelliten der nächsten Generation in LEO und MEO ausstatten. Am Standort Lampoldshausen in Deutschland hat das Team von ArianeGroup einen hybriden elektrisch-chemischen Wasserantrieb gebaut (sehr ähnlich dem Hydros-Konzept von Tethers) ariane.group. Ende 2023 wurden Details bekanntgegeben: Das System kann Wasser in ca. 90 Minuten elektrolysieren und anschließend einen 30-sekündigen Bipropellant-Schub ausführen, mit einem Gesamtspezifischen Impuls von etwa 300 Sekunden ariane.group. Das Design ist modular und skalierbar – sie können die Anzahl der Elektrolysezellen, die Tankgröße oder die Anzahl der Triebwerkskammern an unterschiedliche Satellitenanforderungen anpassen ariane.group. ArianeGroup behauptet, das System könne „dreimal kostengünstiger“ sein als aktuelle chemische Antriebe für Konstellationen ariane.group. Mit Unterstützung der ESA und des DLR (Deutsche Raumfahrtagentur) plant ArianeGroup eine Demonstration im Orbit bis Herbst 2026 auf dem ESMS-Satelliten, der den Wasserantrieb für Bahnkorrekturen und Lageregelung nutzen wird ariane.group. Diese Demonstration soll den Betrieb des Elektrolyseurs in Mikrogravitation und die Leistung des Dual-Mode-Triebwerks im All validieren. Europas Investition zeigt, dass sie Wasserantriebe als wettbewerbsfähige und nachhaltige Alternative für Satellitennetzwerke sehen, insbesondere angesichts kommender Vorschriften, die „grüne“ Treibstoffe zur Risikoreduzierung beim Start fordern.
- Weitere bemerkenswerte Start-ups: Neben den oben genannten großen Namen gibt es zahlreiche Start-ups weltweit, die im Bereich Wasserantrieb Innovationen vorantreiben. Aurora Propulsion Technologies (Finnland) bietet kleine ARM-Serie Wassertriebwerke für CubeSats an, darunter Module für die vollständige 3-Achsen-Steuerung von 1U–12U-Satelliten mit winzigen Wasser-Mikrostrahlen blog.satsearch.co. SteamJet Space Systems (Großbritannien) hat den treffend benannten Steam Thruster One und den „TunaCan“-Triebwerk entwickelt, kompakte elektrothermische Wassertriebwerke, die in das ungenutzte Volumen von CubeSat-Deployern passen blog.satsearch.co. Diese wurden flugerprobt bei mindestens einer CubeSat-Mission eingesetzt und zeigen, dass selbst Nanosatelliten mit etwas erhitztem Wasser Bahnmanöver durchführen können blog.satsearch.co. In Frankreich hat ThrustMe (bekannt für Iod-Elektrotriebwerke) Wasser als Treibstoff in einigen Konzepten untersucht, und in Italien erwägen von der ESA geförderte Start-ups ebenfalls Wasser für Oberstufen kleiner Trägerraketen oder Orbitalschlepper. Ein weiterer interessanter Teilnehmer ist URA Thrusters, das eine Reihe von wasserbetriebenen Systemen vorgestellt hat – von einem Hall-Effekt-Triebwerk, das Wasserdampf oder Sauerstoff nutzen kann blog.satsearch.co, über „ICE“-Elektrolyse-Triebwerke, die Wasserzersetzung und Verbrennung im MEMS-Maßstab kombinieren blog.satsearch.co, bis hin zu einem Hydra-Hybriden, der ein Hall-Triebwerk mit einem chemischen Triebwerk für flexible Leistung kombiniert blog.satsearch.co. Auch wenn sich einige davon noch in der Konzeptphase befinden, unterstreicht die Vielfalt der Entwicklungen eines: Wasserantrieb ist keine einmalige Neuheit, sondern eine breite technologische Bewegung, die weltweit Innovatoren anzieht.
Ein Flugprototyp des HYDROS-C Wasserantriebssystems von Tethers Unlimited für CubeSats. Diese kompakte Einheit enthält Wassertanks, einen Elektrolyseur, Gasblasen und eine Raketendüse spinoff.nasa.gov. Solche Systeme bleiben bis zum Erreichen des Orbits inaktiv; dann wird mit Solarenergie Wasser in Wasserstoff/Sauerstoff-Treibstoffe für den Schub gespalten.
Missionen und Meilensteine: Wasserantrieb im Einsatz
Aktuelle Weltraummissionen der letzten Jahre haben die Machbarkeit von wasserbetriebenen Antrieben bewiesen und entwickeln deren Fähigkeiten stetig weiter. Nachfolgend eine Zeitleiste bedeutender Missionen und Demonstrationen, die Wasserantrieb präsentieren:
- 2018 – Erster Orbit-Einsatz: Die HawkEye 360 Pathfinder Satelliten (3 in Formation) und ein Capella Space Radarsatellit nutzen jeweils DSIs Comet Wassertriebwerke zur Bahnkorrektur nach dem Start im Dezember 2018 geekwire.com. Sie wurden die ersten kommerziellen Satelliten, die mit Wasserantrieb betrieben wurden, führten Manöver erfolgreich durch und validierten das Triebwerk im All.
- 2019 – ISS-eingesetzte Demo: Der AQT-D (Aquarius) 3U CubeSat der Universität Tokio, ausgesetzt von der Internationalen Raumstation, zündet seine Wasser-Resistojet-Triebwerke im Orbit. Das System erreicht Lageregelung und kleine Bahnänderungen und markiert Japans erste In-Orbit-Demonstration von Wasserantrieb. Diese Mission bewies, dass ein Mehrdüsen-Wassertriebwerk in der Mikrogravitation funktionieren kann, und legte den Grundstein für spätere Designs von Pale Blue blog.satsearch.co.
- 2021 – NASA PTD-1: Pathfinder Technology Demonstrator-1, ein 6U CubeSat der NASA, führt den ersten Wasserelektrolyse-Antriebstest im Orbit durch. Mit ca. 0,5 Litern Wasser an Bord führt das Hydros-Triebwerk von PTD-1 programmierte Schubmanöver durch und zeigt, dass das Spalten von Wasser in H₂/O₂ und deren Verbrennung einen Satelliten wie erwartet antreiben kann nasa.gov. Diese mehrere Monate dauernde Mission bestätigt die Leistung, Sicherheit und Wiederstartfähigkeit des Systems und bietet Kleinsatelliten eine neue, bewährte Option zur Bahnkontrolle.
- 2022 – Vigoride-Debüt: Momentus startet Vigoride-3 (sein erstes orbitales Servicemodul) im Mai 2022. Obwohl die ersten Triebwerkstests begrenzt sind (das Fahrzeug hatte zu Beginn einige Anomalien spacenews.com), ebnet die Mission den Weg für schrittweise Tests des wasserbasierten MET. Momentus stellt Kontakt her und lernt, den neuartigen Antrieb im realen Weltraum zu betreiben news.satnews.com, was Verbesserungen für nachfolgende Flüge ermöglicht.
- 2023 – Mehrere Erfolge: Dieses Jahr ist ein Wendepunkt mit mehreren Erfolgen im Bereich Wasserantrieb:
- Momentus Vigoride-5 (Jan 2023): Führt erfolgreich 35 Triebwerkszündungen seines Wasser-MET im Orbit durch, hebt seine Umlaufbahn an und passt die Ausrichtung ausschließlich mit Wasserplasma-Jets an nasdaq.com. Dies ist ein bedeutender Beweis dafür, dass ein größeres Fahrzeug (~250 kg) Wasserantrieb für sinnvolle Bahnänderungen nutzen kann.
- Momentus Vigoride-6 (Apr 2023): Setzt die Tests fort und führt sogar eine Kunden-Orbit-Insertion durch (obwohl ein Software-Timing-Fehler zu einem leichten Fehler in der Bahnneigung führte) nasdaq.com. Vigoride-6 bleibt in Betrieb und bestätigt weiter die Zuverlässigkeit des Antriebssystems.
- Pale Blue EYE Demo (März 2023): Sonys EYE CubeSat führt ein Bahnhebemanöver mit dem Wassertriebwerk von Pale Blue für ~120 Sekunden durch phys.org. Der Erfolg dieser Demonstration – das Satellit näher an seine Zielbahn für Erdaufnahmen zu bringen – bestätigt die Funktionalität des Triebwerks im Orbit und wird weithin als Japans Einstieg in die Wasserantriebstechnologie berichtet phys.org.
- EQUULEUS am Mond (Ende 2022–2023): Obwohl es in den Mainstream-Medien nicht weit verbreitet ist, ist es erwähnenswert, dass EQUULEUS, ein JAXA-Universität Tokio CubeSat, der auf Artemis I (Nov 2022) zum Mond gestartet wurde, ein Wasser-Resistojet-System für Bahnkorrekturen an Bord hatte sciencedirect.com. Es nutzte Wassertriebwerke, um erfolgreich Kurskorrekturen auf dem Weg zum Erde-Mond-Lagrange-Punkt durchzuführen und demonstrierte Wasserantrieb im cislunaren Raum – ein Novum für Operationen jenseits des LEO.
- 2024 – Hochskalierung: Wasserantrieb taucht zunehmend auf mehr operationellen Satelliten auf:
- Flotteneinsätze: Die nächsten Chargen von Hawkeye 360-Satelliten und Capellas neuere SAR-Satelliten nutzen weiterhin wasserbasierte Comet-Triebwerke im Routinebetrieb, unterstützt von Bradford. Außerdem integrieren BlackSkys Gen-2-Satelliten, die 2024 gestartet wurden, den Comet-Wasserantrieb für die Bahnwartung der Erdbeobachtungskonstellation geekwire.com.
- Neue Triebwerksstarts: Pale Blues größere PBR-50-Triebwerke erleben ihren ersten Start Anfang 2024 auf einem SmallSat-Rideshare (genaue Mission nicht bekanntgegeben) und sollen etwa ~10 mN Schub für einen Mikrosatelliten im Orbit liefern blog.satsearch.co. Dies beginnt die Qualifizierung von Wasserantrieben für größere SmallSat-Klassen.
- Infrastruktur: Unternehmen wie Orbit Fab kündigen Pläne an, Wasser zu einer der Treibstoffoptionen für ihre vorgeschlagenen orbitalen Treibstoffdepots zu machen, und NASAs TALOS-Projekt erwägt wasserbasierte „Drop Tanks“ für Deep-Space-Schlepper – was eine breitere Akzeptanz widerspiegelt, dass Wasser in den kommenden Jahren Teil der Weltraumlogistikkette sein wird.
- 2025 – Bevorstehend und laufend: Spannende Missionen stehen an:
- Pale Blue D-Orbit-Flüge: Das erste Wasser-Ionen-Triebwerk (PBI) wird 2025 auf D-Orbits Ion Satellite Carrier im Flug getestet, sowohl Mitte als auch Ende des Jahres payloadspace.com. Diese Tests werden den hocheffizienten Schub messen und den Weg für kommerzielle Ionenantriebe ebnen, die Wasser statt Xenon oder Krypton verwenden.
- JAXA RAISE-4-Experiment: Die japanische Raumfahrtagentur plant, 2025 den RAISE-4-Technologiedemonstrationssatelliten zu starten, der voraussichtlich Pale Blues neuestes Antriebssystem (möglicherweise das verbesserte PBI) für Tests im niedrigen Erdorbit tragen wird blog.satsearch.co.
- Momentus Kommerzialisierung: Momentus erwartet, von reinen Tests zu operativen Missionen überzugehen und bietet an, Kunden-Nutzlasten zu transportieren. Bis 2025 wollen sie beginnen, Orbit-Anhebungsdienste anzubieten – zum Beispiel kleine Satelliten von einer Rideshare-Absetzorbit in eine gewünschte höhere Umlaufbahn zu bringen – ausschließlich mit Wasserantrieb. Dies wird ein Lackmustest für die wirtschaftliche Tragfähigkeit von Wassertriebwerken in echten Missionen sein.
- ESA Wassertriebwerk-Demo: In Europa beginnen die letzten Vorbereitungen für die Spectrum Monitoring Satellite (ESMS)-Mission, die 2026 starten soll und deren Wasserantriebssystem bis 2025 integriert und Bodentests unterzogen wird ariane.group. Wenn alles gut läuft, wird diese Mission der erste kommerzielle Satellit in voller Größe sein, der für den Hauptantrieb auf Wasser setzt (nicht nur als Demo-Einheit).
Diese Zeitleiste zeigt eine deutliche Beschleunigung: von einmaligen Experimenten vor einigen Jahren zu mehreren Raumfahrzeugen, die heute auf Wasser setzen, und vielen weiteren in der Pipeline. Jeder Erfolg schafft Vertrauen und Erfahrung, was wiederum mehr Nutzer anzieht. Bis Mitte der 2020er Jahre verlässt der Wasserantrieb die experimentelle Phase und wird Teil des Werkzeugkastens von Missionsdesignern.
Künstlerische Darstellung eines kleinen Satelliten (Sonys EYE Cubesat), der 2023 einen Pale Blue Wasser-basierten Resistojet-Antrieb nutzte, um seine Umlaufbahn anzupassen phys.orgphys.org. Die Demonstration markierte den ersten Einsatz von Wasserantrieb im Weltraum durch ein japanisches Start-up, und die Bahnänderung des Satelliten bestätigte die Leistung des Antriebs.
Die neuesten Durchbrüche (2024–2025) und was als Nächstes kommt
Die letzten zwei Jahre haben rasante Fortschritte gebracht, und der Trend wird sich fortsetzen. Aktuelle Nachrichten und Entwicklungen in 2024–2025 zeigen, wie der Wasserantrieb neue Höhen erreicht:
- Finanzierung und Unterstützung der Industrie: In Anerkennung des strategischen Werts ungiftiger Antriebe investieren Regierungsbehörden in Wasserantriebe. 2024 vergab Japans METI einen Zuschuss in Milliardenhöhe (bis zu ca. 27 Mio. USD) an Pale Blue, um seine Wasserantriebstechnologie für kommerzielle und Verteidigungssatelliten zu skalieren spacenews.com. Diese Finanzspritze wird Pale Blue helfen, die Schubkraft zu erhöhen und größere Systeme für größere Satelliten zu entwickeln. Auch Europas Horizon-Programme fördern grüne Treibstofflösungen, wobei wasserbasierte Designs im Mittelpunkt stehen, wie die Unterstützung der ESA für ArianeGroups Demo 2026 zeigt ariane.group. Selbst das US-Verteidigungsministerium hat Interesse an sicherem CubeSat-Antrieb für Space Force-Projekte gezeigt, bei denen die Sicherheit von Wasser ein Verkaufsargument ist.
- Leistungsstärkere Antriebe: Auf technologischer Ebene treiben Entwickler Wassertriebwerke zu höherer Leistung und Performance. Ein Durchbruch am Horizont sind Wasser-Hall-Effekt-Triebwerke – sie kombinieren die Effizienz von Hall-Plasma-Triebwerken mit Wasser als Treibstoff. Das geplante PBH-Triebwerk von Pale Blue für 2028 ist ein Beispiel dafür blog.satsearch.co, und das konzeptionelle Hydra-System von URA Thrusters (Dual-Hall + chemisch) ist ein weiteres blog.satsearch.co. Falls realisiert, könnten diese Missionen ermöglichen, die derzeit nur mit chemischem Antrieb oder großen elektrischen Triebwerken möglich sind, wie schnelle Bahnwechsel oder interplanetare Flugbahnen – jedoch mit dem Vorteil der einfachen Betankung mit Wasser. Zusätzlich untersuchen Momentus und andere, wie sie den ISP ihrer METs weiter erhöhen können, möglicherweise durch den Einsatz höherer Mikrowellenfrequenzen oder neuartiger Resonanzkammern, um Wasser effizienter zu überhitzen. Ein spezifischer Impuls von ~1000 s könnte in den nächsten Iterationen erreichbar sein, was Wassertriebwerke in puncto Effizienz fest in die Liga traditioneller Ionenantriebe bringen würde.
- Integration in Konstellationen: 2024 markierte die ersten bedeutenden wiederholten Einsätze von Wasserantrieben in Satellitenkonstellationen. So trägt beispielsweise jeder neue BlackSky-Bildgebungssatellit nun einen Bradford Comet Wasserantrieb zur Bahnregelung, was bedeutet, dass Dutzende identischer Raumfahrzeuge während ihrer Lebensdauer mit Wasser als Treibstoff betrieben werden geekwire.com. Auch das zweite Cluster von Hawkeye 360 (gestartet 2022–2023) nutzt wasserbasierte Antriebe für Formationsflüge. Diese breite Einführung ist ein Durchbruch an sich – Wasserantrieb ist nicht mehr nur ein einmaliges Experiment, sondern ein Standardbauteil in einigen Flotten. Zukünftig erwägen viele vorgeschlagene Megakonstellationen für IoT und Erdbeobachtung grüne Antriebsoptionen, wobei Wasser aufgrund der niedrigen Systemkosten ganz oben auf der Liste steht. Mit der Skalierung der Produktion dieser Triebwerke werden die Stückkosten weiter sinken, was die Verbreitung zusätzlich fördert.
- Neue Anwendungen: Ingenieure finden immer kreativere Wege, die Vielseitigkeit von Wasser auszunutzen. Eine in Entwicklung befindliche Idee ist die elektrolysebasierte Lageregelung – dabei werden winzige Mengen elektrolysierter Gase für präzise Lageregelungsdüsen verwendet und das Wasser anschließend in einem geschlossenen Kreislauf wieder zusammengeführt. Eine weitere Möglichkeit ist die Nutzung von Wasser als Arbeitsmasse in der solarthermischen Antrieben: Sonnenlicht wird konzentriert, um Wasser direkt zu Dampf für den Schub zu erhitzen (im Grunde genommen ein Dampfkessel im Weltraum, der von der Sonne betrieben wird und im inneren Sonnensystem sehr effizient sein könnte). Forscher testen außerdem wasserbasierte Treibstoffe für Landegeräte und Hüpfer für Mond/Mars. Die NASA-Mission „Lunar Flashlight“ (die letztlich zwar Probleme hatte) erwog in der frühen Entwurfsphase Wasser als möglichen Treibstoff. Und weiter gedacht könnte Wasser der Treibstoff für nukleare Thermalantriebe oder strahlungsbasierte Antriebe sein, bei denen eine externe Energiequelle (wie ein bodengestützter Laser) das Wasser an Bord eines Raumfahrzeugs erhitzt, um Schub zu erzeugen reddit.com. Die Unbedenklichkeit von Wasser ermöglicht diese unkonventionellen Konzepte, die mit giftigen oder seltenen Treibstoffen undenkbar wären.
- Expertenmeinungen: Die Revolution des Wasserantriebs ist den Führungskräften der Raumfahrtindustrie nicht entgangen. Chris Hadfields begeisterte Unterstützung der Wassertriebwerke von Momentus spaceref.com und Zitate wie „Ich bin sicher, dass Wasser der Treibstoff der Zukunft ist“ von europäischen Projektleitern ariane.group spiegeln den wachsenden Konsens wider, dass diese Technologie gekommen ist, um zu bleiben. In Interviews und auf Konferenzen (wie der Small Satellite Conference und dem Space Propulsion Workshop 2024) lobten Experten das Gleichgewicht zwischen Sicherheit und Leistung, das Wassersysteme bieten. „Gute Antriebsleistung muss durch Sicherheit ausgeglichen werden – PTD-1 wird diesem Bedarf gerecht werden,“ sagte David Mayer von der NASA bei der Vorstellung der ersten Wassertriebwerk-Demonstration nasa.gov. Diese Aussage bringt auf den Punkt, warum Wasser an Bedeutung gewinnt: Es trifft den idealen Mittelweg zwischen der hohen Leistung chemischer Antriebe und der Sicherheit elektrischer Antriebe. Raumfahrtplaner äußern diese Meinung zunehmend auch in Fachzeitschriften und Diskussionsrunden.
Im Jahr 2025 ist der Trend für wasserbetriebene Satellitenantriebe eindeutig steigend. Der nächste große Schritt wird wahrscheinlich eine Vorzeigemission sein, die wirklich auf Wasserantrieb für ein kritisches Ziel angewiesen ist – vielleicht ein Lunar-CubeSat, der Wasser nutzt, um in eine Mondumlaufbahn einzutreten, oder ein Serviceraumschiff, das sich autonom an einem Depot betankt und einen Satelliten schleppt. Jedes Jahr werden die Grenzen weiter verschoben. Wenn sich der aktuelle Trend fortsetzt, könnten wir bis Ende der 2020er Jahre sehen, wie wasserbasierte Triebwerke Raumfahrzeuge zu Asteroiden und zurück antreiben, Hunderte von Satelliten in der Umlaufbahn anheben und absenken – und das mit minimalen Umweltauswirkungen und vollständiger Betankbarkeit im All. Was als unkonventionelle Idee begann, hat sich zu einer praktischen Technologie entwickelt, die Raumfahrtoperationen erschwinglicher, nachhaltiger und flexibler machen könnte als je zuvor.
Fazit: Eine neue Ära angetrieben von H₂O
Wasserbetriebener Satellitenantrieb ist kein Zukunftskonzept mehr – er ist da und beweist sich mit jeder Mission aufs Neue. Innerhalb weniger Jahre sind wir von den ersten Wasserdampfstößen, die einen kleinen CubeSat anstießen, zu voll manövrierfähigen Raumfahrzeugen übergegangen, die mit Wasser ihre Umlaufbahnen ändern und komplexe Operationen durchführen. Der Reiz von Wasser als ultimativem Raumfahrt-Treibstoff liegt in seiner eleganten Einfachheit. Wie im Technologiebericht der ESA festgestellt wurde, ist Wasser „eine untergenutzte Ressource – sicher im Umgang und umweltfreundlich“, enthält aber „zwei sehr brennbare Treibstoffe, sobald es elektrolysiert ist“, und bietet im Grunde die Kraft von Raketentreibstoff in einer harmlosen Form esa.int. Diese Doppelnatur – einfache Lagerung als Flüssigkeit, energiereiche Nutzung als Gas – verschafft Wasser einen einzigartigen Vorteil.
Wir erleben eine Konvergenz von Faktoren, die Wasserantriebe praktikabel machen: bessere kleine elektrische Pumpen und Heizungen, effizientere Solarpanels zur Stromversorgung, 3D-gedruckte Triebwerke, die für Dampf oder Plasma optimiert sind, und eine boomende Nachfrage nach Kleinsatelliten, die kostengünstigen Antrieb benötigen. Die Herausforderungen (begrenzter Schub, Energiebedarf) werden mit innovativer Technik angegangen, und die Erfolge häufen sich. Wichtig ist, dass der Wasserantrieb mit dem allgemeinen Streben nach Nachhaltigkeit im Weltraum übereinstimmt – giftige Chemikalien werden reduziert, Satellitenlebensdauer durch Betankung verlängert und sogar außerirdische Ressourcen genutzt. So wird Wasser von einem reinen Verbrauchsgut für Lebenserhaltung zu einem vielseitigen Mobilitäts-Ermöglicher für Weltrauminfrastruktur.
In der öffentlichen Vorstellung war „Raketentreibstoff“ immer etwas Exotisches oder Gefährliches. Die Vorstellung, dass Wasser – derselbe Stoff, den wir trinken und zum Baden benutzen – Satelliten um die Erde oder darüber hinaus schicken könnte, ist faszinierend. Es senkt die Einstiegshürden für Raumfahrtprojekte (man braucht keine Spezialtreibstoffe, nur Einfallsreichtum) und weckt Visionen von Raumfahrzeugen, die an Mond-Eisminen oder Asteroiden-Reservoirs halten, um ihre Tanks aufzufüllen. Die Technologie entwickelt sich noch weiter, aber ihr Trend deutet darauf hin, dass wasserbetriebene Antriebe bei Satelliten so alltäglich werden könnten wie batteriebetriebene Motoren bei Autos. Wie ein Branchenvertreter scherzte, könnte der alte Spruch „einfach Wasser dazugeben“ tatsächlich auf die Zukunft der Raumfahrt zutreffen.
Abschließend stellt die wasserbetriebene Satellitenantriebstechnologie einen Paradigmenwechsel hin zu sichereren, saubereren und letztlich umfassenderen Weltraumoperationen dar. Von kleinen CubeSats bis hin zu potenziellen interplanetaren Sonden beweist das bescheidene Molekül H₂O, dass es das Zeug dazu hat, uns weiter zu bringen. Da die Dynamik (und das ist kein Wortspiel) weiter zunimmt, wundern Sie sich nicht, wenn die nächste Schlagzeile lautet: „Raumfahrzeuge, die mit Wasser angetrieben werden, erreichen den Mond – und fliegen weiter.“ Das Zeitalter der Wasserrakete ist angebrochen und birgt ein Meer an Möglichkeiten für die nächste Generation der Weltraumforschung spinoff.nasa.gov, spaceref.com.
