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Autor Thema: Nukleartechnik für die Raumfahrt  (Gelesen 172875 mal)

Offline Klakow

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #750 am: 14. März 2020, 11:07:00 »
Das Problem mit allen Kernreaktoren, als Energiequelle für elektrische Antriebe ist deren spezifische Leistung je kg, realliserbare Konzepte die da besser sind, gibt es vielleicht, nur sind die saumässig aufwendig und gefährlich.
Als Wärmequelle und vielleicht auch um damit eine Versorgung mit elektrischer Energie für eine Mond oder Marsbesiedlung halte ich das aber für Sinnvoll.
Das Flüssigsalzreaktoren sich nicht durchgesetzt haben, hat zwar auch (meiner Meinung nach) technische Gründe, aber vor allem auch militärische Gründe. Klar würde und wird so ein Reaktor viel Geld kosten um dessen Probleme gelöst zu bekommen, passieren wird dies, davon gehe ich aus, aber ohne eine Station oder Siedlung die viele Menschen hat (>hunderte Menschen), gibt es nicht genug Handlungsdruck.

Offline Pirx

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #751 am: 14. März 2020, 11:21:02 »
... aber ohne eine Station oder Siedlung die viele Menschen hat (>hunderte Menschen), gibt es nicht genug Handlungsdruck.
Auf der Erde gabs das "salzfrei" schon. Z.B. in der Antarktis. Dort z.B. mit einem Reaktor mit dem Beinamen "Nukey Poo". Mit Rissen und Lecks und Bodenverseuchung ... . Man könnte sagen, bewährt hat sich das nicht. Auf der anderen Seite gibt es U-Boot-Reaktoren, die es offenbar zu einer gewissen Einsatzreife und Betriebssicherheit gebracht haben. Über die Bedeutung von finanziellen Fragen und den Folgen für die Allgemeinheit durch das gesamte benötigte Drumherum bei solchen militärischen Anwendungen durch Supermächte kann und sollte man diskutieren .... Da ist imho nix "billig", umweltfreundlich oder gar "grün".

Gruß   Pirx
Die gefährlichste Weltanschauung ist die Weltanschauung derer, die die Welt nie angeschaut haben. (Alexander von Humboldt)

Offline Klakow

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #752 am: 14. März 2020, 14:15:27 »
Von einem Einsatz auf der Erde rede ich nicht, es geht um Anwendungen im freien All oder auf anderen Himmelskörpern.
Im freien All, macht sowas nur dann Sinn wenn man weit ausserhalb von einer AE operiert, sonsten ja aber genau dann well Sonnenlicht nicht oder nicht sicher genug scheint.
Für unseren Mond würde ich sagen das zwei Wochen Dunkelheit ein Problem sind und für den Mars eventuell die Abschatung durch Staubstürme.
Die interessantesden Plätz auf dem Mond sind vermutlich Krater an den Polen mit keiner oder sehr wenig Sonnenlicht, da braucht man Kernenergie.
Für den Mars vermutlich auch, obwohl da vielleicht ein Reaktor schon hilft der genug Wärme liefert.
Die Kontamination des Bodens wäre dort erstmal ziemlich egal, wenn "ohne" bedeutet würde das den Menschen dort "der Arsch" abfriert. Das klinkt hier bestimmt für einige ziemlich derb, aber das wäre anders wenn die eigene "Wohnung" mal auf Minus 40°C runter wäre.
Ein großes Problem könnten nur die AKW-Gegner auf der Erde sein, da sehe ich schon wie sich die Horden hier zusammenrotten (ok, gerade nicht, es ist ja Verboten größere Veranstalltungen zu machen).
Auf dem Mars selber wird man eher keiner ne Demos Abhalten und "drausen" Baumhäuser bauen oder sich an Bahngleisen anketten dürfte auch wenig Anhänger motivieren.

Offline Dominic

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #753 am: 14. März 2020, 15:32:48 »
Vor 60 Jahren wurde in Oakridge (USA) ein Atomreaktor mit flüssigem Salz entwickelt, der etwa 4 Jahre lief.
Die Idee war, damit Flugzeuge anzutreiben.

Ich denke der könnte durchaus auch Raumschiffe mit Energie versorgen und ich hoffe wirklich, das ich noch erlebe, das den jemand mit dem Raumantrieb VASIMR verheiratet.

Für den Einsatz im Weltraum dürften kleine Reaktoren mit festem Brennstoff in der Regel simpler und robuster sein. ...
Nun ja, das "Molten-Salt Reactor Experiment" (MSRE) war schon von seiner Größe (Gebäudekomplex) und Auslegung (z.B. luftgekühlte Wärmetauscher) her das Gegenteil von mobil. Demonstriert hat es durchaus, dass Flüssigsalzreaktoren funktionieren können. Gleichzeitig  wurden auch allerlei technische Schwierigkeiten ermittelt. Der Rückbau war dann wohl eine anspruchsvolle Angelegenheit, und es gab Flourkonzentrationen, wegen derer man dann Salz beheizt hat, um Flourfreisetzungen via Radiolyse zu reduzieren - und Anhäufungen von uranhaltigem Material, die für ein Risiko von Kritikalitätsunfällen sorgten. Einfach und sauber war das gewiss nicht.
130 Millionen US-Dollar wurden 2003 fürs Aufräumen geschätzt, dabei ist es, vermute ich, ganz sicher nicht geblieben.

@Harrass: DAMIT wollte man sicher kein Flugzeug antreiben. Und in den vier Jahren Betrieb war es etwas über 700 Tage kritisch, also gerade mal rund zwei Jahre .... Die kumulierte Betriebsdauer mit voller Leistung ist nochmal eine Ecke geringer.

Gruß   Pirx

Das MSRE war kein Prototyp eines Flugzeugreaktors. Prototypen von Flugzeugreaktoren waren Aircraft Reactor Experiment ARE, sowie die Heat Transfer Reactor Experiment HTRE 1-3. Das ARE war auch ein Flüssigmetall gekühlter Reaktor mit Flüssigsalzbrennstoff, die HTRE Reaktoren waren Luftgekühlt und hatten festen Brennstoff.

Das Problem mit allen Kernreaktoren, als Energiequelle für elektrische Antriebe ist deren spezifische Leistung je kg, realliserbare Konzepte die da besser sind, gibt es vielleicht, nur sind die saumässig aufwendig und gefährlich.
Als Wärmequelle und vielleicht auch um damit eine Versorgung mit elektrischer Energie für eine Mond oder Marsbesiedlung halte ich das aber für Sinnvoll.
Das Flüssigsalzreaktoren sich nicht durchgesetzt haben, hat zwar auch (meiner Meinung nach) technische Gründe, aber vor allem auch militärische Gründe. Klar würde und wird so ein Reaktor viel Geld kosten um dessen Probleme gelöst zu bekommen, passieren wird dies, davon gehe ich aus, aber ohne eine Station oder Siedlung die viele Menschen hat (>hunderte Menschen), gibt es nicht genug Handlungsdruck.

Die spezifische Leistung eines Kernreaktors ist sehr stark von dessen Leistung abhängig. Leistungsstärkere Reaktoren können eine viel höhere spezifische Leistung haben als kleine Reaktoren.

Die Größe des Reaktorkerns muss bei zunehmender Leistung nur geringfügig steigen. Ein Reaktorkern braucht eine gewisse Mindestgröße bzw. Masse (kritische Masse) aber wenn diese Voraussetzung erfüllt ist kann er so viel Leistung liefern wie man durch ein Kühlsystem abführen kann. Auch bei der Abschirmung gilt das ein leistungsstärkerer Reaktor nur wenig mehr Abschirmung braucht. Das liegt daran das die Wirkung von Abschirmung ja Exponentiell mit der Dicke (Masse) zunimmt.

Bei einer Leistung im niedrigen Kilowattbereich sind Reaktoren daher in der Regel nicht viel besser als Radioisotopengeneratoren und wenigstens in der Erdumlaufbahn aber auch noch bis zum Mars erheblich schlechter als solare Energiesysteme. Bei einer Leistung von einigen hundert Watt sind sie sogar deutlich schlechter als Radioisotopengeneratoren.

Im Megawattbereich können Reaktoren aber prinzipiell mit den besten verfügbaren solaren Systemen mithalten.

Wenn es um die Versorgung eines elektrischen Antriebssystems geht ist letztendlich die Verfügbarkeit von Sonnenlicht und die geforderte Leistung für die Frage entscheidend ob NEP oder SEP oder vielleicht sogar eine Kombination aus beidem sinnvoller ist. Oder überhaupt ein chemischer oder nuklearthermischer Antrieb...

Wenn man z.B. eine Raumsonde bauen will die zum Neptun fliegen soll dann kann sich NEP schon mit einer Leistung in der Gegend von einem kW auszahlen, vor allem weil SEP sowieso nicht in Frage kommt. Für einen Marsflug ist NEP wohl erst im Megawattbereich sinnvoll.

Offline Klakow

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #754 am: 14. März 2020, 16:39:39 »
Soweit ich weiß ist eine Leistungsdichte von 10kg/kW schon ziemlich gut für Kernreaktoren, da ist auf Höhe der Erde mit Solar schon einen Kollektor für 4kg/kW möglich.

Offline Dominic

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #755 am: 15. März 2020, 01:20:46 »
Soweit ich weiß ist eine Leistungsdichte von 10kg/kW schon ziemlich gut für Kernreaktoren, da ist auf Höhe der Erde mit Solar schon einen Kollektor für 4kg/kW möglich.

Wenn man in den Megawattbereich geht gibt es schon Reaktorkonzepte mit deutlich höheren Leistungsdichten, der russische SGFR soll etwa um 5kg/kW erreichen können. Bei noch höheren Leistungen gibt es -zugegebenermaßen zum Teil etwas abenteuerliche- Konzepte mit noch weit höherer Leistungsdichte, etwa einen von Diaz et al. 1991 vorgeschlagenen Gaskernreaktor mit 1kg/kW.

Auf der Seite der Solartechnik muss man sagen das auch im Erdorbit häufig Nachtzyklen existieren und Batterien erforderlich sind, beides verschlechtert die praktische Leistungsdichte erheblich.

Offline Klakow

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #756 am: 15. März 2020, 09:06:59 »
Das mit der Abschattung stimmt natürlich, ist aber nicht unbedingt ein großes Problem,  den Batterien für den Antrieb braucht man eher nicht, nur für die IT und Kommunikation schon.
Will man ins äußere Sonnensystem ohne sehr viele Jahre an Reisezeiten zu verplempern,  den das kostet Geld, kann man dies meiner Meinung beim rausbeschleunigen  auch solarelektrisch tun, abbremsen geht be den großen Gasplaneten vermutlich auch mit Atmosphärenunterstützung, leider beim Pluto aber nicht.
Das mit dem Gaskernreaktor hatte ich auch im Sinn, allerdings habe ich da erhebliche Zweifel ob man so ein Ding so Bauen kann das damit ein sicherer und zuverlässig Betrieb möglich wird.
Bei flüssigsalz Reaktoren denke ich kann man die Probleme vermutlich lösen, allerdings wird sowas nicht billig.

Offline Dominic

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #757 am: 15. März 2020, 10:05:11 »
Es gibt ja auch die Idee das man Solar-Nuklear elektrische Hybridsysteme für große Raumsonden mit elektrischem Antrieb bauen könnte.

Man hätte dann z.B. einen Reaktor mit ein paar kW und ein kleines elektrisches Triebwerk in der eigentlichen Sonde oder sogar nur Radionuklidbatterien mit einigen hundert Watt und ein sehr kleines elektrisches Triebwerk oder ein chemisches Triebwerk. Die Sonde ist mit einem nuklear-elektrischen Antriebssystem mit einigen 10kW gekoppelt welches sie im inneren Sonnensystem beschleunigt. außerhalb der Marsbahn oder so könnte das System abgekoppelt werden.

Hier muss man freilich auch evaluieren ob das wirklich (wirtschaftlich) sinnvoller im Vergleich zu einer chemischen Beschleunigung oder einem leistungsstärkeren Reaktor ist.

Offline Klakow

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #758 am: 16. März 2020, 18:12:38 »
Meine Idee wäre hier ein System das ein (unbemanntes) Raumschiff mit betankt 2000t in den Orbit bringt, dann mit einem riesigen ultraleichten Solarsyststem über den Umweg über das innere Sonnensystem, wenns geht noch innerhalb der Venusbahn an der Sonne vorbei bringt um dann vielleicht zusätzlich etwas Schwung von der Venus mitnimmt dann z.B. zum Uranus, Neptun oder Saturn fliegt, dort Atmosphärenunterstützt abbremst um dann z.B. auf dem Titan mehrere Rover mit nuklearer Energieversorgung absetzt, vielleicht sogar mit Proben zurück fliegt.

Offline Dominic

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Re: Nukleartechnik für die Raumfahrt
« Antwort #759 am: 18. März 2020, 11:34:34 »
Meine Idee wäre hier ein System das ein (unbemanntes) Raumschiff mit betankt 2000t in den Orbit bringt, dann mit einem riesigen ultraleichten Solarsyststem über den Umweg über das innere Sonnensystem, wenns geht noch innerhalb der Venusbahn an der Sonne vorbei bringt um dann vielleicht zusätzlich etwas Schwung von der Venus mitnimmt dann z.B. zum Uranus, Neptun oder Saturn fliegt, dort Atmosphärenunterstützt abbremst um dann z.B. auf dem Titan mehrere Rover mit nuklearer Energieversorgung absetzt, vielleicht sogar mit Proben zurück fliegt.

2000t ist schon sehr groß. In ein Raumschiff dieser Gewichtsklasse könnte man ein Reaktorsystem mit mehreren hundert Megawatt elektrischer Leistung integrieren, eventuell mehr als ein Gigawatt.