Die Nasa will mit einer Atomrakete zum Mars. Ein neues Verfahren könnte den Vorstoß revolutionieren. (Bild: Nasa)
Ein neuer bimodaler Nuklearantrieb könnte die nächste große Nasa-Rakete antreiben. Er koppelt die thermische (NTP) mit der elektrischen (NEP) Methode. Der Antrieb soll mit einem Wellenrotor-Topp-Zyklus ausgerüstet werden und die Vorteile von Plasma- und Ionenantrieb kombinieren. Das zweiteilige System könnte die Transitzeit zum Mars auf 45 Tage und Missionen so auf Monate statt Jahre verkürzen. Das Militär-Forschungsnetzwerk Darpa ist ebenfalls interessiert und beteiligt.
Nuklearantrieb: Immer wieder verworfen
Jahrzehntelang haben Russland und USA an nuklearen Antrieben geforscht – und ihre Projekte in den 70ern aufgegeben. Die USA kurbelten später die Forschung im Rahmen von SDI noch einmal an und beendete sie 1992.
Seit wenigen Jahren hat die Nasa die Forschung wieder aufgenommen. Im Rahmen des Programmes „Nasa Innovative Advanced Concepts“ (NIAC) sollen weitere Innovationen geliefert werden. In diesem Rahmen hat Ryan Goose das „bimodale NTP/NEP mit Wellenrotorzyklus“ eingereicht. Er leitet das Hypersonics-Programm an der Universität Florida und ist Mitglied der Florida Applied Research in Engineering (Flare).
US-Militär auch scharf auf Kernenergieantrieb
Die Forschungsbehörde des US-Verteidigungsministeriums Darpa hat ebenfalls Programme aufgelegt, um Nuklearantriebe für den Weltraum zu entwickeln. Unter anderem beteiligen sich Blue Origin und Lockheed Martin daran. 27,9 Millionen Dollar erhalten sie dafür. 2025 soll der erste Demonstrationsflug starten.
Vorgestern (24. Januar 2023) erklärte Darpa, man arbeite mit der Nasa zusammen an einem thermo-nuklearen Antrieb (NTP), der 2027 im Weltraum getestet werden soll. Die Behörde betont die Vorteile der Technik.
NTP und NEP: Die Vorteile aus 2 Ansätzen
Die nuklear-thermische Antriebstechnologie besitzt laut Darpa eine zwei- bis fünfmal höhere Effizienz als die aktuell verwendete chemische Methode. Das Schub-Gewichts-Verhältnis liegt 10.000 Mal höher als bei elektrischen Antrieben.
Bei der NEP-Methode treibt ein Reaktor ein Ionentriebwerk an. Das hat einen anderen Vorteil: Es kann den Schub fast drei Stunden lang aufrechterhalten. Das Konzept aus Florida sieht nun einen Festkern-Reaktor vor, der einen doppelt so hohen Impuls wie aktuelle chemische Systeme liefern soll.
Der Wellenrotor nutzt den Druck durch die Erwärmung, um die Reaktionsmasse weiter zu verdichten. Laut Goose ist das Ergebnis ein Schub wie bei einem NTP-Antrieb, aber mit einem Impuls wie ein NEP-System – und mehr.
Ein bimodaler Nuklearantrieb samt Wellenrotor soll die Reise zum Mars auf 45 Tage verkürzen. (Grafik: Ryan Goose)
Halbe Fahrzeit macht aus Jahren Monate
Der Transport des Rovers Curiosity dauerte von der Erde bis zum Mars 254 Tage. Die Nasa rechnet bei einem kombinierten NTP/NEP-Antrieb mit nur 100 Tagen. Goose betont jedoch, dass „seine“ Kombination den Transit auf 45 Tage verkürzen könnte. Die Nasa spricht von einer neuen Klasse bimodaler Antriebe und hat das Konzept als einen von 14 Vorschlägen für die Entwicklungsphase 1 ausgewählt. 12.500 Dollar erhalten diese 14 zur Unterstützung, um die Methoden auszureifen.
Universe Today rechnet vor, dass diese Geschwindigkeit die Missionsdauer auf dem Mars von Jahren auf Monate kürzen könnte. Das Magazin schreibt: „Dies würde die Hauptrisiken, die mit Marsmissionen verbunden sind, deutlich verringern, darunter die Strahlenbelastung, die Zeit in der Schwerelosigkeit und die damit verbundenen gesundheitlichen Probleme.“
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