Neuer nuklearer Raketenantrieb soll interplanetare Reisen ermöglichen

Thermische Kernenergieantriebe sollen uns in nur wenigen Wochen von der Erde zum Mars bringen. Die NASA arbeitet etwa bereits an einem solchen Antrieb, die technische Umsetzung ist allerdings noch in weiter Ferne. 

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Das Konzept ist an sich simpel: Ein spezieller Atomreaktor heizt Wasserstoff auf 3.000 Grad Celsius auf, wodurch sich das Gas ausdehnt. Über eine Düse wird der Wasserstoff abgelassen, wodurch Schub erzeugt wird. Der Kernenergieantrieb, den die NASA im Rahmen des Draco-Programms entwickeln will, soll einen spezifischen Impuls von 900 Sekunden haben. Das bedeutet, dass ein Kilo Treibstoff einen Schub von einem Kilo für 900 Sekunden aufrechterhalten kann. Das ist mehr als das Doppelte einer herkömmlichen chemischen Rakete, die ihren Schub durch Verbrennung von Treibstoff erzeugt.

Flüssiges statt festes Uran

Allerdings reicht das für eine Reise zum Mars natürlich nicht aus. Forscher der University of Alabama haben daher eine Konfiguration entwickelt, die für einen längeren Schub sorgen soll. Ihr Konzept einer Centrifugal Nuclear Thermal Rocket (CNTR) soll den spezifischen Impuls fast verdoppeln, und zwar bei ähnlichem Schub.

Der größte Unterschied zwischen einem normalen Kernenergieantrieb und CNTR ist, dass bei letzterem flüssiges anstatt festes Uran als Brennstoff verwendet wird. Um den Brennstoff in der Rakete zu halten, muss er in einer Zentrifuge schnell rotieren, wobei er an die Zentrifugenwand gedrückt wird. Die Zentrifuge ist dabei so porös, dass zwar der Wasserstoff durchkommt und vom Uran erhitzt werden kann, das Uran allerdings nicht durch dir Zentrifugalkräfte durch die Poren durchgedrückt wird. Dabei wird der Wasserstoff auf bis zu 5.000 Kelvin (4.726 Grad Celsius) erhitzt. Gleichzeitig kühlt der von außen einströmende Wasserstoff die Zentrifuge, damit sie nicht schmilzt.

Technische Herausforderung

Die Forscher schätzen, dass dadurch ein spezifischer Impuls von 1.500 Sekunden erreicht werden kann. Das System muss zunächst aber einige technische Herausforderungen überwinden. Die größte davon ist, nicht zu viel Uran durch die Düse zu verlieren, durch die der Wasserstoff entweicht. Dies würde den spezifischen Impuls des Antriebs um bis zu 66 Prozent verringern.

Die Autoren schätzen zudem, dass sie eine Technik namens Dielektrophorese (DEP) einsetzen können, um verdampfte Uranmoleküle elektrisch aufzuladen und sie zurück in die Zentrifuge zu leiten. Selbst bei einer Rückgewinnungsrate von 99 % würde dies massive Auswirkungen auf die Funktionsfähigkeit des Triebwerks haben.