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Autor Thema: Nukleartechnik für die Raumfahrt  (Gelesen 151649 mal)

Online Terminus

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #675 am: 21. September 2017, 10:54:46 »
Ich habe das wohl auch etwas oberflächlich gelesen. Du hattest ja auch ursprünglich geschrieben "inklusive enticklungskosten", aber das ist irgendwie nicht ganz durchgedrungen und ich habe es tatsächlich für den stückpreis eines reaktors gehalten und mich gefragt, was daran SO teuer sein soll. Okay, das war natütlich unsinn.

Ich hab gerade viel zeit (urlaub) und hab mir daher auch die quellen-PDF noch durchgelesen, v.a. diesen ersten test eines kilopower prototypen im LANL. Ganz interessant. :)

Offline Dominic

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #676 am: 21. September 2017, 11:20:12 »
Ich habe das wohl auch etwas oberflächlich gelesen. Du hattest ja auch ursprünglich geschrieben "inklusive enticklungskosten", aber das ist irgendwie nicht ganz durchgedrungen und ich habe es tatsächlich für den stückpreis eines reaktors gehalten und mich gefragt, was daran SO teuer sein soll. Okay, das war natütlich unsinn.

Ich hab gerade viel zeit (urlaub) und hab mir daher auch die quellen-PDF noch durchgelesen, v.a. diesen ersten test eines kilopower prototypen im LANL. Ganz interessant. :)

Das hab ich nicht ursprünglich so geschrieben sondern gestern noch entsprechend umformuliert ;)

Online Terminus

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #677 am: 21. September 2017, 11:46:56 »
;) ;) ;) danke für deine ehrlichkeit, ich hab schon an mir gezweifelt. Als gute praxis gilt es ja in guten foren, solche nachträglichen wichtigen bearbeitungen irgendwie zu kennzeichnen, z.b. "Edit, Nachtrag, Update" und dergleichen. ;)

Offline Klakow

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #678 am: 21. September 2017, 12:33:28 »
und wie ist das mit Rechtschreibfehlern, ich mache öfter welche, vor allem wenn ich beim Posten etwas müde war, z.B. wie du gerade eben, mal die ganze Ehrlichkeit ;)

Offline Dominic

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #679 am: 21. September 2017, 12:59:50 »
;) ;) ;) danke für deine ehrlichkeit, ich hab schon an mir gezweifelt. Als gute praxis gilt es ja in guten foren, solche nachträglichen wichtigen bearbeitungen irgendwie zu kennzeichnen, z.b. "Edit, Nachtrag, Update" und dergleichen. ;)

Eine automatische Kennzeichnung von Änderungen oder gar eine Versionshistorie ist bei Wordpress im Normalfall nicht vorgesehen, der Blog ist auch nicht mein eigener. Ich werde Änderungen in Zukunft eventuell manuell markieren.

Online Terminus

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #680 am: 21. September 2017, 14:50:51 »
und wie ist das mit Rechtschreibfehlern, ich mache öfter welche, vor allem wenn ich beim Posten etwas müde war, z.B. wie du gerade eben, mal die ganze Ehrlichkeit ;)

Äh ja, ich schreibe hier auf einem tablet nur mit bildschirmtastatur und nicht wie zu hause auf nem laptop mit anständiger hard tastatur und maus. Da nehm ich es dann mal etwas lockerer mit der rechtschreibung. :)

Offline Dominic

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #681 am: 14. November 2017, 22:28:45 »
Mit leichter Verspätung beginnen anscheinend in diesen Tagen die ersten Testläufe des Kilopower-Prototypen:

https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/feature/Powering_Up_NASA_Human_Reach_for_the_Red_Planet

Offline Doc Hoschi

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #682 am: 15. November 2017, 01:39:10 »
Auf welche Quelle beziehst du dich von wegen der Verspätung? Ich kannte nur die Aussage von Februar 2016, nach der die Tests FY2017 beginnen sollten (Quelle, Folie 5). Da liegt man (imho eher überraschend) eigentlich noch durchaus im Zeitplan.


   
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Offline Dominic

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #683 am: 15. November 2017, 09:35:35 »
Auf welche Quelle beziehst du dich von wegen der Verspätung? Ich kannte nur die Aussage von Februar 2016, nach der die Tests FY2017 beginnen sollten (Quelle, Folie 5). Da liegt man (imho eher überraschend) eigentlich noch durchaus im Zeitplan. 

Im Sommer gab es Pressemeldungen wonach die Tests im September beginnen sollten, etwa hier: https://www.space.com/37348-nasa-fission-power-mars-colony.html

Im Oktober gab es einige Meldungen wonach die Tests am 6. November beginnen sollten, etwa hier: http://aviationweek.com/space/nasa-test-fission-reactor-space-missions

Offline Doc Hoschi

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #684 am: 15. November 2017, 10:11:24 »
Interessant. Danke, deswegen hab ich nochmal nachgefragt.
Finde es jedenfalls super, dass man nun mit den Tests beginnt, um die Technik hoffentlich zügig Richtung TRL 6 bzw. später einmal TRL 9 bringen zu können.
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Offline Dominic

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #685 am: 16. November 2017, 02:49:10 »
Interessant. Danke, deswegen hab ich nochmal nachgefragt.
Finde es jedenfalls super, dass man nun mit den Tests beginnt, um die Technik hoffentlich zügig Richtung TRL 6 bzw. später einmal TRL 9 bringen zu können.

Ich denke man wird mit diesem Prototypen nun vor allem Langzeittests machen und fallweise Systeme nachbessern die dabei Probleme machen. Das System soll ja mindestens 10 Jahre wartungsfrei funktionieren.

Der nächste Schritt dürfte dann aber auch schon eine Weltraummission sein. Der Reaktor muss -abgesehen von möglichen Nachbesserungen als Konsequenz aus diesem Test- lediglich noch in eine Form gebracht werden in der das ganze System stabil genug ist um einen Raketenstart problemlos zu überstehen.

Für einen ersten Einsatz im Weltraum in Frage kommen praktisch alle vorgeschlagenen größeren Missionen ins äußere Sonnensystem die weiter als 5-6 Jahre in der Zukunft liegen. Ich hoffe das es da nicht zu allzu großen Einsparungen kommt. Das Plutoniumproblem wird bis dahin jedenfalls kaum gelöst sein.

Offline Doc Hoschi

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #686 am: 16. November 2017, 09:23:18 »
Wie zügig man da nun vorankommt, wird man sehen. Hier die geplante Vorgehensweise beim Kilopower-Reaktor (leider ohne Zeitstrahl):


Quelle

Da steht noch viel Arbeit bevor. Was da gegenwärtig in Nevada getestet wird, ist strenggenommen auch kein Prototyp, sondern ein "Steckbrett"-Aufbau der wichtigsten Komponenten. Ich würde das sogar noch nicht einmal als Musteraufbau bezeichnen.

Zitat
The upcoming Nevada testing will answer a lot of technical questions to prove out the feasibility of this technology, with the goal of moving it to a Technology Readiness Level of 5. It’s a breadboard test in a vacuum environment, operating the equipment at the relevant conditions
Quelle

Ein Prototyp, der einsatzfähig, bzw. in der Einsatzumgebung (Weltraum) eingesetzt werden kann, wird durch TRL 6 definiert und wird sicherlich anders aussehen, als das was da gegenwärtig aufgebaut wurde. Letztlich reicht aber TRL 6 für eine Missionsreife auch aus. Der Antrieb. sorry die Energiequelle wird ja nicht als Serienprodukt vermarktet und dürfte bei jeder Mission ein Prototyp sein... ;)
TRL 7-9 wird man also wohl nicht brauchen. Da war ich mit meinem Vorpost etwas voreilig.
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Offline Schillrich

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #687 am: 16. November 2017, 09:30:03 »
Ja, einzelne Elemente werden funtkional zusammengeschaltet, samt Umweltsimulation. Das ist noch kein Design, das da in Nevada entsteht/steht.
\\   //    Grüße
 \\ ///    Daniel

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Offline Dominic

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #688 am: 16. November 2017, 19:21:19 »
Wie zügig man da nun vorankommt, wird man sehen. Hier die geplante Vorgehensweise beim Kilopower-Reaktor (leider ohne Zeitstrahl):


Quelle

Da steht noch viel Arbeit bevor. Was da gegenwärtig in Nevada getestet wird, ist strenggenommen auch kein Prototyp, sondern ein "Steckbrett"-Aufbau der wichtigsten Komponenten. Ich würde das sogar noch nicht einmal als Musteraufbau bezeichnen.

Na ja die Punkte im grünen Bereich sollen wohl mit dem aktuellen Teststand abgehakt werden, teilweise wohl auch bereits die Punkte im orangenen Bereich.

Wenn man dann Richtung TRL 6 weiter kommen will muss man wohl spezifische Missionsanforderungen definieren (Startplattform, Leistung) und einen entsprechend angepassten Prototypen entwickeln. Damit könnte man wahrscheinlich schon in den nächsten Jahren anfangen- wir werden sehen...
« Letzte Änderung: 17. November 2017, 17:23:17 von Dominic »

MaxBlank

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #689 am: 20. November 2017, 00:02:41 »
China kündigt einen nukleargetriebenen Raumtransporter für das Jahr 2040 an ... ::)

"China to achieve "major breakthrough" in nuclear-powered space shuttle around 2040: report"

 Quelle: http://news.xinhuanet.com/english/2017-11/16/c_136757737.htm

             https://twitter.com/XHNews/status/931145342615216128

Offline Doc Hoschi

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #690 am: 27. November 2017, 10:05:50 »
Hier noch ein Mitte November veröffentlichtes Video zum Kilopower-Projekt:


https://www.youtube.com/watch?v=DcdfMcjUy_U
Douglas Adams: "In an infinite universe, the one thing sentient life cannot afford to have is a sense of proportion."

Offline Dominic

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #691 am: 05. Dezember 2017, 22:41:33 »
Ein neuer Artikel über Kilopower und die neue Entwicklung nuklearthermischer Triebwerke:
http://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.3787

Zitat
China kündigt einen nukleargetriebenen Raumtransporter für das Jahr 2040 an ... ::)

"China to achieve "major breakthrough" in nuclear-powered space shuttle around 2040: report"

 Quelle: http://news.xinhuanet.com/english/2017-11/16/c_136757737.htm

             https://twitter.com/XHNews/status/931145342615216128

Na ja bis 2040 kann man viel ankündigen... aber gut das es dort auch Entwicklungen in dem Bereich gibt.

Offline Dominic

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #692 am: 12. Dezember 2017, 00:54:31 »
Nun hat auch Golem.de mit einem wie ich finde sehr guten Artikel das Thema "Kilopower" aufgegriffen: https://www.golem.de/news/kilopower-ein-kernreaktor-fuer-raumsonden-1712-131418.html

Online Terminus

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #693 am: 12. Dezember 2017, 08:06:12 »
Nun hat auch Golem.de mit einem wie ich finde sehr guten Artikel das Thema "Kilopower" aufgegriffen: https://www.golem.de/news/kilopower-ein-kernreaktor-fuer-raumsonden-1712-131418.html

BTW, in dem Artikel schreiben sie von dem "kürzlich gestarteten Projekt Lyra", also einer Mission zu Oumuaua. Haben wohl was missverstanden...  ;)

Nachtrag (abends): Den obigen Mecker-Schnellschuss habe ich heute morgen beim Frühstück geschrieben, direkt anfangs beim Lesen der ersten Absätze des Artikels. Jetzt, nachdem ich ihn in Ruhe zu Ende gelesen habe, muss ich Klakow zustimmen, es war informativ, kurzweilig und lehrreich. :)
« Letzte Änderung: 12. Dezember 2017, 20:53:05 von Terminus »

Offline Frank Wunderlich-Pfeiffer

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #694 am: 12. Dezember 2017, 18:06:07 »
Nun hat auch Golem.de mit einem wie ich finde sehr guten Artikel das Thema "Kilopower" aufgegriffen: https://www.golem.de/news/kilopower-ein-kernreaktor-fuer-raumsonden-1712-131418.html

BTW, in dem Artikel schreiben sie von dem "kürzlich gestarteten Projekt Lyra", also einer Mission zu Oumuaua. Haben wohl was missverstanden...  ;)

Hast völlig recht, war missverständlich ausgedrückt. "Dazu gehört es beispielsweise, das vor kurzem gestartete Projekt Lyra umzusetzen [...]" sagt nicht klar, dass es noch keine konkreten Pläne zur Umsetzung davon gibt. "das vor kurzem vorgeschlagene Projekt Lyra" wäre wohl die richtige Formulierung gewesen. Hab ich jetzt auch dahingehend geändert.

Passiert einfach bei so einem langen Artikel. Der Fokus lag letztlich beim Reaktor und da ist mir das wohl bei der Überarbeitung durch die Lappen gegangen.

Offline Klakow

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #695 am: 12. Dezember 2017, 19:54:03 »
Der Artikel ist sehr gut, mir fehlt da vielleicht nur der Hinweis wie sich die Systemmasse, also Reaktor und benötigte Anbauteile mit der Leistung skalieren, schon klar das dies exponential ist, aber ein paar Schätzungen wären hilfreich.
Reden wir da bei 10kW dann von 500kg, oder nur von 300kg und wie sieht das bei 100kw und 1MW aus?
Wo ist da technisch das ende der Fahnenstange?

Das ist schon deswegen wichtig, um zu schauen wo die spezifische Leistung etwa liegen kann. Gerade Solarelektrisch macht 250kg/kW kaum Sinn, außer es geht um Bahnkorrekturen wie bei der Sonde Cassini, oder als Ersatz von Pu238 als Stromquelle, aber wenn man richtig was erreichen will braucht man selbst bei Sonden 10kW und mehr.

Falls und ich hoffe das die passiert, Menschen auf den Mars reisen spielt es noch eine größere Rolle, weil da beides benötigt wird, wenn möglich elektrische Leistung oberhalb 1MW und natürlich Wärme als technische Prozesswärme.

Offline Frank Wunderlich-Pfeiffer

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #696 am: 12. Dezember 2017, 20:25:25 »
Der Artikel ist sehr gut, mir fehlt da vielleicht nur der Hinweis wie sich die Systemmasse, also Reaktor und benötigte Anbauteile mit der Leistung skalieren, schon klar das dies exponential ist, aber ein paar Schätzungen wären hilfreich.
Reden wir da bei 10kW dann von 500kg, oder nur von 300kg und wie sieht das bei 100kw und 1MW aus?
Wo ist da technisch das ende der Fahnenstange?

Das ist schon deswegen wichtig, um zu schauen wo die spezifische Leistung etwa liegen kann. Gerade Solarelektrisch macht 250kg/kW kaum Sinn, außer es geht um Bahnkorrekturen wie bei der Sonde Cassini, oder als Ersatz von Pu238 als Stromquelle, aber wenn man richtig was erreichen will braucht man selbst bei Sonden 10kW und mehr.

Falls und ich hoffe das die passiert, Menschen auf den Mars reisen spielt es noch eine größere Rolle, weil da beides benötigt wird, wenn möglich elektrische Leistung oberhalb 1MW und natürlich Wärme als technische Prozesswärme.

In einer der verlinkten Quellen im Artikel ist auf Seite 30 eine Aufstellung mit skalierten Reaktoren auf der gleichen Basis, in der ein Reaktor mit der 10fachen Leistung (~40kW Wärme) etwa die doppelte Masse hat. http://anstd.ans.org/wp-content/uploads/2015/07/5135_Poston-et-al.pdf

1987 als in den USA am SP-100 gearbeitet wurde, 1994 eingestellt, hielt man im Megawattbereich etwa 100W pro Kilogramm (hier elektrische Leistung!) für realistisch erreichbar. https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19870013594.pdf

Offline Dominic

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #697 am: 13. Dezember 2017, 02:49:42 »
Überm Daumen kann man folgendes sagen:

-Die Masse des Reaktorkerns (inklusive fallweise Neutronenreflektor) ist weitgehend unabhängig von der Leistung; der Reaktorkern muss lediglich groß genug sein das die kritische Masse erreicht werden kann und das die Leistungsdichte klein genug ist um die Wärme abführen zu können. Während der Kern bei kleinen Reaktoren mit wenig Leistung einen wesentlichen Teil der Gesamtmasse ausmachen kann fällt er bei großen kaum ins Gewicht. Bei sehr großen Leistungen (ab einigen hundert kW) fällt fallweise auch zunehmend ins Gewicht das ein größerer Kern der mehr Uran enthält eine längere Lebensdauer hat.
-Der Zusammenhang zwischen der Masse der nötigen Abschirmung und der Reaktorleistung ist im Wesentlichen logarithmisch; während die Abschirmung bei kleinen Reaktoren mit wenig Leistung einen wesentlichen Teil der Gesamtmasse ausmachen kann fällt sie bei großen kaum ins Gewicht
-Bei Nutzung der selben Technologie ist die Masse der verwendeten Wärmekraftmaschine bzw. thermoelektrischen Wandler ungefähr proportional zur Leistung. Bei hohen Leistungen werden aber unter Umständen Technologien mit höherer Leistungsdichte attraktiver.
-Auch bei den als Wärmesenke erforderlichen Radiatoren gibt es eine im Wesentlichen direkte Proportionalität zwischen Masse und Leistung. Auch hier zahlen sich bei höheren Leistungen aber technisch aufwendigere Radiatoren mit entsprechend besserem Masse:Leistung Verhältnis eher aus. Ein Extrembeispiel sind die Tröpfchenradiatoren die für das russische TEM entwickelt werden. Das TEM soll bei 1MW Leistung eine Leistung pro Startmasse von bis zu 147W/kg erreichen (ist aber auch ein technologisch sehr ambitioniertes Projekt).

Zitat von: Frank Wunderlich-Pfeiffer
In einer der verlinkten Quellen im Artikel ist auf Seite 30 eine Aufstellung mit skalierten Reaktoren auf der gleichen Basis, in der ein Reaktor mit der 10fachen Leistung (~40kW Wärme) etwa die doppelte Masse hat. http://anstd.ans.org/wp-content/uploads/2015/07/5135_Poston-et-al.pdf

Wobei hier anzumerken sind das die Angaben sich nur auf den Reaktor selbst beziehen, die Stirlingmotoren und Radiatoren deren Masse aus den oben genannten Gründen bei größeren Modellen zunehmend dominierend wird ist in der Praxis natürlich auch wichtig.

Hier findet man auf Seite 11 Angaben inklusive Stirlingmotoren und Radiator:
https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20160012354.pdf
Und hier auf Seite 35: https://yellowdragonblogdotcom.files.wordpress.com/2014/01/mcclure-130920.pdf

Insgesamt ist zu bemerken das sich die Leistung pro Startmasse vom 800kW Modell zum 3kW Modell von 2W/kg (elektrisch) auf 4W/kW (elektrisch) verdoppelt, bei 10kW kommt man auf (fast) 6,5kW elektrisch. Die FSP Reaktoren haben eine geringere Leistung pro Startmasse als die Kilopower Reaktoren, erklärt wird das nicht wirklich, vermutlich erfordert der Einsatz auf einer Planetenoberfläche eine stabilere Konstruktion.

Offline Klakow

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #698 am: 13. Dezember 2017, 03:53:19 »
Edit: Das ist leider ziemlich schlecht, selbst 147W/kg ist für SEP als Hauptantrieb ziemlich mies.
« Letzte Änderung: 13. Dezember 2017, 15:03:36 von Klakow »

Offline Dominic

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #699 am: 13. Dezember 2017, 13:35:07 »
Das ist leider ziemlich schlecht, selbst 147W/m² ist für SEP als Hauptantrieb ziemlich mies.

In der Erdumlaufbahn, insbesondere auf der Sonnenseite der Erdumlaufbahn sind 147W/kg (nicht W/m²!) Vergleich zu PV Systemen wirklich nicht sonderlich berauschend.

Photovoltaiksysteme können eine ähnliche Leistung pro Startmasse erreichen und es ist noch etwas Luft nach oben offen, perspektivisch sind insbesondere durch konzentrator-Solarsysteme, eventuell auch solardynamische, bis zu über 1000W/kg denkbar.

Allerdings: Solare Systeme funktionieren nicht im Erdschatten. Man braucht also in vielen Fällen einen Energiespeicher für die Nachtphasen, üblicherweise Batterien, das verschlechtert die Bilanz. Berücksichtigt man die Batterien sind 147W/kg oder gar mehr solar nur schwer erreichbar.

Entfernt man sich von der Sonne verschlechtern sich die solaren Systeme allerdings deutlich. In der Marsumlaufbahn hat man bestenfalls etwa 40% der in der Erdumlaufbahn erreichbaren Werte, in der Jupiterumlaufbahn vielleicht 3,5%, in der Saturnumlaufbahn vielleicht 1%. In der Praxis eher noch deutlich weniger, vor allem ohne Konzentrator.

Auch auf dem Mond mit gut gut 10 Erdtagen dauernder Nacht ist Solarenergie unattraktiv weil der Speicheraufwand hier enorm hoch ist wenn man die Energie auch in der Nacht braucht.

Hier sind vor allem Radionuklidbatterien eine Alternative zu Kernreaktoren. Gegenwärtig erreichen diese etwa 2,8W/kg (MMRTG) bis maximal 5,4W/kg (GPHS-RTG), perspektivisch werden bis zu etwa 8W/kg angestrebt (etwa ASRTG). Solche Werte können Reaktoren leicht übertreffen bzw. wenigstens mithalten. Aufgrund der hohen Kosten des Plutoniums sind Leistungen von mehr als einigen hundert Watt auf Basis von RTG auch nur schwer zu erreichen.