Bill Emrich, einer der führenden Raketeningenieure der NASA für Kernbrennstoffe, sagte: „Elon Musk und andere wollen Menschen zum Mars bringen und dort eine Kolonie gründen. Wenn Sie zum Mars gehen und Menschen auf dem Mars zurücklassen möchten, können Sie dies mit chemischen Raketen tun. Es wird ein schwieriger, aber möglicher Weg sein. Aber wenn Sie Menschen auf die Erde zurückbringen wollen, sind Sie fast gezwungen, Atomraketen einzusetzen. Und bei der NASA sind wir mehr daran interessiert, Menschen nach Hause zu bringen. "
Die Idee von Atomraketenmotoren, die bereits in den 1940er Jahren aufkam, schien seitdem für viele äußerst attraktiv würde interplanetare Reisen zu einer täglichen Routine für uns machen. Das Thema stellte sich als schwierig heraus, und keine der Weltmächte konnte sich bisher eines wirklich funktionierenden Prototyps einer Rakete mit einer nuklearen Anlage rühmen ... Obwohl nicht alles so hoffnungslos zu sein scheint: Die NASA hat interessante Neuigkeiten für uns über ihre neuen Entwicklungen vorbereitet! Nun zu allem in Ordnung:
Kraftstoff entscheidet
Kernreaktoren können die Energie und den Schub erzeugen, die erforderlich sind, um ein großes Raumschiff schnell zum Mars und, falls gewünscht, sogar darüber hinaus zu liefern. Es ist wichtig zu beachten, dass Kernmotoren nur für interplanetare Reisen und nicht für den Einsatz in der Erdatmosphäre vorgesehen sind: Chemische Raketen bringen das Gerät aus der erdnahen Umlaufbahn, und erst dann wird das nukleare Antriebssystem ausgelöst.
Die Herausforderung bestand darin, diese Kernmotoren sicher und leicht zu machen. Jeff Sheehee, Chefingenieur der NASA für Management der Weltraumtechnologie, sagte: "Die Schlüsseltechnologie, die verbessert werden muss, ist Kraftstoff." Der Brennstoff muss den ultrahohen Temperaturen und flüchtigen Bedingungen in einem Kernthermomotor standhalten können. Zwei US-Unternehmen gaben kürzlich bekannt, dass ihr Brennstoff zuverlässig genug für einen sicheren, kompakten und leistungsstarken Reaktor ist. Tatsächlich hat eines dieser Unternehmen der NASA bereits ein detailliertes Konzeptdesign zur Verfügung gestellt.
Ein nukleares thermisches Antriebssystem nutzt die aus Kernreaktionen freigesetzte Energie, um flüssigen Wasserstoff auf etwa 2.430 ° C zu erwärmen, was etwa dem Achtfachen der Kerntemperatur von Kernkraftwerken entspricht. Das Treibmittel dehnt sich aus und wird mit hoher Geschwindigkeit in die Düsen ausgestoßen. Dies könnte den doppelten Schub pro Treibstoffmasse als chemische Rakete liefern, wodurch Schiffe mit Atomantrieb länger und schneller fahren können. Darüber hinaus kann der Kernreaktor an einem Ziel, sei es Saturnmond Titan oder Pluto, von einem Antriebssystem auf eine Stromquelle umschalten, sodass das Fahrzeug jahrelang qualitativ hochwertige Daten zurücksenden kann.
Um genügend Schub von einer Atomrakete zu erhalten, war zuvor hochangereichertes Uran mit Waffenqualität erforderlich. Niedrig angereicherter Uranbrennstoff, der in kommerziellen Kraftwerken verwendet wird, wäre sicherer zu verwenden, kann jedoch spröde werden und sich zersetzen, wenn er hohen Temperaturen und chemischen Angriffen durch hochreaktiven Wasserstoff ausgesetzt wird.
Drei Monate - und Sie sind auf dem Mars
Das Unternehmen Ultra Safe Nuclear Corp. aus Seattle. Technologies entwickelte das Konzept eines neuen NTP-Motors (Nuclear Thermal Propulsion) und lieferte es an die NASA. Experten versprechen, dass ihre Entwicklung es ermöglichen wird, den Mars in nur drei Monaten zu erreichen. Laut dem Space Director des Unternehmens, Michael Eads, ist die Concept Engine viel sicherer als ihre Vorgänger und kann doppelt so viele spezifische Impulse erzeugen wie die chemischen Gegenstücke. Ihr Brennstoffmerkmal wird sein, dass es eine vollkeramische Mikrokapsel für den Antrieb des Motorreaktors haben wird und auch auf Uran mit einer Anreicherung von über 5% und unter 20% basieren wird, was sich deutlich besser als Brennstoff für Leistungsreaktoren manifestiert, aber „nicht kann für schändliche Zwecke verwendet werden, um das Risiko der Ausbeutung erheblich zu verringern “, sagt Eads.Der Kraftstoff des Unternehmens enthält mikroskopisch kleine Partikel aus keramikbeschichtetem Uranbrennstoff, die in einer Zirkoniumcarbidmatrix dispergiert sind. Die Mikrokapseln fangen die Nebenprodukte der radioaktiven Spaltung im Inneren ein und lassen die Wärme entweichen.
Ein anderes Unternehmen, BWX Technologies (Lynchburg, Virginia), arbeitet ebenfalls mit der NASA zusammen und bietet neben der Entwicklung von Designs mit der oben genannten Kraftstoffform eine alternative Option: Kraftstoff, der in einer Metallmatrix eingeschlossen ist.
Die beiden Unternehmen bieten zwei verschiedene Modelle zur Abschwächung der energetischen Neutronen aus der Spaltung an, um eine Kettenreaktion aufrechtzuerhalten und Schäden an der Reaktorstruktur zu vermeiden. BWX platziert seine Brennstoffzellen zwischen Hydridzellen, und das einzigartige Design von USNC-Tech umfasst einen Berylliummetall-Moderator. „Unser Brennstoff bleibt intakt, widersteht heißem Wasserstoff und Strahlung und absorbiert nicht alle Neutronen des Reaktors“, sagt Eads.
USNC-Tech hat bereits kleine Prototypen von Geräten auf der Basis seines neuen Kraftstoffs hergestellt und diese der NASA zum Testen übergeben.
Referenzliste:
- GMT S. 23 D. 2020 | 16:00. Nuklear angetriebene Raketen erhalten einen zweiten Blick auf die Reise zum Mars - IEEE Spectrum [Elektronische Ressource]. URL: spectrum.ieee.org/aerospace/space-flight/nuclear-powered-rockets-get-a-second-look-for-travel-to-mars
- Nuklearraketen die Zukunft für Weltraummissionen zum Mars - ASME [Elektronische Ressource]. URL: www.asme.org/topics-resources/content/the-future-of-nuclear-rockets-for-space-travel