Neuartiger Nuklear-Antrieb soll Raumfahrt revolutionieren (H9 Hall Thruster)
US Space Force setzt auf neuartigen Nuklear-Antrieb
Will man ein Raumfahrzeug antreiben, stehen aktuell 2 Möglichkeiten zur Auswahl: Leistungsstarke chemische Treibstoffe, also herkömmliche Raketenantriebe oder energieeffiziente elektrische Antriebe. Nun soll herausgefunden werden, wie sich diese beiden Antriebsarten verbinden lassen.
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Ziel ist es, das Beste aus diesen beiden Welten für eine revolutionäre Antriebstechnologie zu nutzen, die ausreichend spontanen Schub ermöglicht, gleichzeitig aber konstante Energie liefert. Die US Space Force unterstützt ein entsprechendes Forschungsprojekt mit 35 Millionen Dollar.
Ein Ionentriebwerk
Beim elektrischen Antrieb liegt es nahe, auf einen Hall-Effekt-Antrieb zurückzugreifen. Ein Hallantrieb ist ein Ionentriebwerk, das je nach Leistung ziemlich viel Energie benötigt. Die University of Michigan, die an der Forschung der US Space Force federführend beteiligt ist, bringt dabei ihren 100-kW-Hallantrieb ins Spiel.
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So funktionieren Ionenantriebe
Ionenantriebe funktionieren im Prinzip so, dass positiv geladene Teilchen durch ein elektrisches Feld stark beschleunigt werden. Anschließend werden die Ionen durch Zugabe von Elektronen wieder neutralisiert, also in ein Spannungsgleichgewicht gebracht - sonst würden sie sich wieder zum Antrieb zurückbewegen und nicht fortgeschleudert werden.
Während man bei chemischen Antrieben Treibstoffe benötigt, die miteinander reagieren, braucht man für ein Ionentriebwerk lediglich elektrischen Strom und eine so genannte Stützmasse.
Hauptsächlich wurde in der Vergangenheit das Gas Xenon dafür verwendet. Der Strom kommt meist von Photovoltaikmodulen, könnte aber auch von Radionuklidbatterien kommen, etwa für Regionen, in denen das Sonnenlicht nicht mehr stark genug ist.
Mikroreaktor und chemischer Treibstoff
Die Herausforderung dabei liegt in der konstanten Energieversorgung. Die ISS erzeugt beispielsweise 100 kW an Energie, greift dafür aber auf riesige Solarpanele zurück, die die Größe mehrerer Fußballfelder haben. Für kleinere Raumfahrzeuge ist das alles andere als praktikabel.
Eine naheliegende Möglichkeit wäre, einen solch leistungsstarken Hallantrieb mithilfe eines Nuklearreaktors mit konstanter Energie zu versorgen. In Michigan wird nun an passenden Mikroreaktoren geforscht, die kompakt genug sind und gleichzeitig einen hohen Output haben.
Der Hallantrieb soll für Hochgeschwindigkeitsmanöver dienen, während herkömmliche chemische Raketenantriebe den nötigen Schub liefern, um spontane Kurskorrekturen vornehmen zu können - etwa wenn eine Kollision droht, heißt es von der Universität Michigan.
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Eine Vakuumkammer für Antriebstests
© College of Engineering
Beide Welten vereinen
Auf der Suche nach einem Antrieb, der eben beide Möglichkeiten vereint, soll ein Treibstoff gefunden werden, der sich sowohl für chemische Raketenantriebe also auch für elektrische Antriebe eignet, schreibt die Uni in einer Aussendung.
An dem Forschungsprojekt der US Space Force sind insgesamt 8 Universitäten und 14 Partnerunternehmen aus der Industrie beteiligt. Außerdem sollen zahlreiche Beraterinnen und Berater aus unterschiedlichen Branchen zur Verfügung stehen.
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