Eine geplante NASA Mission zum Jupiter und drei seiner größten Monde (Ganymed, Kallisto, Europa) könnte beim Bau eines dafür benötigten Kernreaktors entscheidend auf das Know-How der Navy angewiesen sein.
Autor: Gero Schmidt.
Das JIMO (Jupiter Icy Moons Orbiter) Programm ist das Flagschiff der 2003 gestarteten NASA Initiative Project Prometheus (ihrerseits hervorgegangen aus der Nuclear Systems Initative von 2002). Im Rahmen dieses Projekts sollen nukleare Antriebs- und Energietechnologien für zukünftige Forschungsmission entwickelt werden. JIMO würde von einem kleinen Kernreaktor mit Energie versorgt, und von Ionentriebwerken angetrieben werden, die elektrisch geladene Partikel mit hoher Geschwindigkeit ausstoßen, um Schub zu erzeugen.
(Grafik: NASA)
Die NASA und die wissenschaftliche Gemeinschaft erwägen zur Zeit, einen Europa-Lander in die Mission zu integrieren. Der High-Tech-Lander könnte vor Ort Beobachtungen auf dem Jupitermond durchführen. Es wird angenommen, daß sich unter Europas Eispanzer ein Ozean aus Wasser befindet.
Die NASA, Teams aus der Industrie und auch andere Regierungsbehörden haben damit begonnen, zu untersuchen wie JIMO aussehen könnte. Experten in Sachen Kernenergie versammelten sich auf dem Space Technology and Applications International Forum (STAIF), das vom 8. bis 11. Februar in Albuquerque, New Mexico, abgehalten wurde, um darüber zu diskutieren, wie man ein Programm zur Entwicklung eines raumtauglichen Kernreaktors am besten angehen sollte.
Ein neuer Ozean
Eines der Ziele von Project Prometheus ist die Entwicklung eines reaktorgetriebenen Raumfahrzeugs. JIMO soll als erste Mission diese neue Technologie nutzen.
Zurzeit gibt es Verhandlungen zwischen der NASA und Naval Reactors – einer Organisation innerhalb des amerikanischen Energieministeriums (Department of Energy) – über die gemeinsame Entwicklung eines raumtauglichen Kernreaktors für JIMO und andere Missionen in den tiefen Weltraum.
Alan Newhouse, der Direktor von Project Prometheus bei der NASA, sagte SPACE.com, dass Gespräche auf höchster Ebene stattgefunden hätten, um eventuelle Probleme bei der Beteiligung von Naval Reactors an der Entwicklung eines Reaktors für den Einsatz im Weltraum auszuräumen.
An diesen Gesprächen hätten das Weiße Haus, das Energieministerium, Naval Reactors, die NASA und das Verteidigungsministerium teilgenommen.
Eine Entscheidung hinsichtlich einer Zusammenarbeit zwischen NASA und Naval Reactors sei in Kürze zu erwarten, sagte Alan Newhouse: “Wir haben endlich den Punkt erreicht, wo es keine größeren Schwierigkeiten mehr gibt, sieht man von ein paar verwaltungstechnischen Details ab.”
Naval Reactors hätte eine außergewöhnliche Erfolgsserie in der Vergangeheit vorzuweisen, sagte Newhouse.
Zum Beispiel ist Naval Reactors nach eigener Aussage für den Betrieb von mehr als 100 Kernreaktoren verantwortlich. Nukleargetriebene Kriegsschiffe laufen etwa 150 Häfen in aller Welt an.
Die Aufgabe von Naval Reactors ist es, der Navy sichere, langlebige, militärisch-effektive Reaktoren zur Verfügung zu stellen und für ihren fortgesetzten, sicheren und verlässlichen Betrieb zu sorgen.
“Naval Reactors hat die Ozeane der Erde gemeistert, nun wollen wir, daß sie das gleiche im Weltraum schaffen”, sagte Newhouse.
Europa Lander
Die NASA und Planetologen haben damit begonnen, erste Entwürfe für einen von JIMO bei Europa abgesetzten Lander auszuarbeiten. Aber eine solche Sonde müsste Teil der zur Zeit auf 1.500 Kilogramm geschätzten JIMO-Nutlast sein, sagte Newhouse.
Er fügte hinzu, es gäbe strittige Fragen hinsichtlich eines solchen Landers, insbesondere Bedenken im Hinblick auf den “planetaren Schutz” (planetary protection).
Zuerst einmal müsste ein Lander einer gründlichen Sterilisation unterzogen werden. Außerdem müsste sichergestellt werden, daß die Energiequelle des Landers die eisige Umwelt des Mondes nicht übermäßig aufheizen oder sich am Ende gar durch die Oberfläche schmelzen könnte.
“Wir möchten nicht später Leben dort finden, um dann nicht zu wissen, ob wir es nicht selbst auf einer früheren Mission mitgebracht haben”, sagte Newhouse.
Die wissenschaftliche Gemeinschaft, die sich mit JIMO befasst, hat sich sehr für einen Lander eingesetzt. Eine wissenschaftliche Top-Priorität für einen solchen wäre Astrobiologie.
(Grafik: NASA)
Das ist die Sichtweise eines NASA Teams, das am 13. Februar der Raumfahrbehörde Bericht erstattete. Ron Greeley von der Arizona State University in Tempe und Torrence Johnson vom JPL in Pasadena, Kalifonien, waren maßgeblich an der Studie beteiligt.
In dem Bericht wird gefordert, JIMO solle auch ein Ziel aus dem Bereich Astrobiologie haben: “Die Suche nach Hinweisen auf heutiges und vergangenes Leben und die Charakterisierung der (Lebens-) umwelt auf den Jupietermonden, mit einem Schwerpunkt auf Europa.”
“Viele wichtige Messungen können nur auf der Oberfäche von Europa durchgeführt werden”, wird in dem Bericht betont. Einmal auf der eisbedeckten Oberfläche Europas, wäre es das wichtigste Ziel des Landers, “nach organischen Materialien zu suchen und ihre Zusammensetzung festzustellen”, und “nach chemischen Mustern in allen organischen Stoffen zu suchen, die auf einen biologischen Ursprung hindeuten könnten”, heißt es in dem gerade veröffentlichten Report.
Ein Pfadfinder für weitere Missionen
Man erwartet, dass JIMO den Weg freimachen wird für weitere Missionen in den tiefen Weltraum.
Die gleichen Technologien, die für JIMO entwickelt werden, könnten auch zukünftige Missionen zu Titan, Saturns größtem Mond, zum Neptun und zum Kuiper-Gürtel am Rande des Sonnensystems ermöglichen, sowie eine Mission zur näheren Untersuchung der Heliopause – der Grenze, die das irdische Sonnensystem vom interstellaren Raum trennt.
“JIMO ist der Pfadfinder…um alle Fragen im Hinblick auf die Kernenergie zu klären”, sagte Newhouse.
Drei Firmen bewerben sich derzeit um den JIMO-Auftrag: Boeing, Lockheed Martin und Northrop Grumman. Außerdem befassen sich Leute aus NASA-Forschungszentren und Experten von Regierungslabors und -behörden mit technischen Fragen.
Newhouse sagte, dass wahrscheinlich bis Anfang 2005 ein Unternehmen ausgewählt werden wird.
Das Startdatum für JIMO hat sich inoffiziell um mehrere Jahre auf 2015 verschoben, nachdem es ursprünglich hieß, die Mission könnte vielleicht schon 2011 starten.
Ein Schwerlast-Trägersystem wird benötigt
Zur Zeit geht man davon aus, dass JIMO ein Gesamtgewicht von 26 metrischen Tonnen (26.000 Kilogramm) haben wird.
Der ursprüngliche Flugplan sah vor, dass JIMO zuerst von einer Trägerrakete in einen hohen Erdorbit gebracht werden sollte, um dann mit Hilfe seiner Ionentriebwerke diese Umlaufbahn zu verlassen und zum Jupiter weiterzufliegen.
Auf diese Weise würde sich das Raumfahrzeug allerdings zwei Jahre in Erdnähe befinden, was auf Grund von Weltraumschrott, Meteoroiden und Gefahren beim Durchfliegen von Strahlungsgürteln ein Probelm darstellt. Die NASA erwägt nun deshalb, JIMO bereits kurz nach dem Start auf Fluchtgeschwindigkeit zu bringen.
Dazu müsste eine Trägerrakete mit leistungsstarker Oberstufe eingesetzt werden, die JIMO auf Kurs zum Jupiter bringen würde.
Newhouse sagte, dass dies eine Gesamtmasse (JIMO + Oberstufe) von etwa 50 Tonnen (50.000 Kilogramm) ergeben würde, und dass dies die Nutzlastkapazitäten der leistungsstärksten Ausführungen der Atlas V- und Delta IV-Raketen (EELVs – Evolved Expendable Launch Vehicles) übertreffen würde.
Deshalb würde jetzt der Einsatz eines auf dem Space Shuttle basierenden Schwerlast-Trägersystems für JIMO geprüft – Shuttle C. Falls daraus nichts wird, wäre ein Zusammenbau der Komponenten im Erdorbit möglich. In diesem Fall würde JIMO erst in der Umlaufbahn mit einer separat in All gebrachten Oberstufe koppeln.
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