Quelle: ESA / Enabling & Support / Space Transportation / Future space transportation, 31. März 2026

Da wir Menschen uns darauf vorbereiten, mit mehr Ladung und größerer Vielseitigkeit immer weiter von unserer Sonne entfernt zu forschen, stößt unsere derzeitige Weltraumtechnologie rasch an ihre Grenzen. Der nuklear-elektrische Antrieb könnte eine große Energiequelle bieten, die Solarpanels oder herkömmliche Treibstoffe nicht leisten können.

Die „Rocketroll“-Studie (ein lockeres Akronym, das Buchstaben aus dem Ausdruck „pReliminary eurOpean reCKon on nuclEar elecTric pROpuLsion for space appLications“ entnimmt) beauftragte drei Konsortien, einen europäischen Ansatz für den nuklear-elektrischen Antrieb zu untersuchen. Die Studie ähnelt der Alumni-Studie, konzentriert sich jedoch auf den elektrischen Antrieb anstelle des nuklear-thermischen Antriebs. Bei der nuklear-elektrischen Energie wird kontrollierte Kernspaltung zur Stromerzeugung genutzt.
Die Rocketroll-Studie wurde durchgeführt, da einige Weltraummissionen einen hohen Energiebedarf haben, der nur mit Kernenergie gedeckt werden kann. Dazu gehören beispielsweise Missionen zu den äußeren Planeten oder Missionen zur Mondoberfläche, die die 14-tägige Mondnacht überstehen müssen. Die Rocketroll-Konstruktionen könnten elektrische Leistung im Bereich von mehreren hundert Kilowatt liefern, was für die europäische Schwerlastrakete Ariane 6 geeignet wäre, bis hin zu einigen Megawatt, die mit Raketen der nächsten Generation ins All befördert werden könnten.

Drei Konsortien, drei Entwürfe
Drei Teams haben sich mit den Entwürfen für kernelektrische Antriebe befasst und ihre Lösungen in drei Berichten vorgestellt; die Zusammenfassungen sind öffentlich zugänglich und unten verlinkt.
Tractebel legte einen Vorschlag vor, der auf angereichertem Uran basierte, das CNRS schlug eine Lösung auf Basis eines Salzschmelzereaktors vor, und OHB Czech Space schlug ein größeres Raumfahrzeug vor.

Neuer Blickwinkel, neue Möglichkeiten
„Die Studien zeigen deutlich, was möglich ist und wie gut sich das alles in die Langzeitstrategie 2040 der ESA einfügt“, erklärt Valère Girardin, ESA-Programmmanagerin für die Studie. „Wir wissen nun besser, welche Technologien noch fehlen und worauf wir uns in Forschung und Entwicklung konzentrieren müssen.“
Alle Studien kommen zu dem Schluss, dass der Einsatz von Nuklearantrieben neue Wege für die Weltraumforschung eröffnet: Es gibt Ziele oder Missionen, die mit herkömmlichen Raumfahrzeugantrieben schlichtweg nicht zu erreichen sind.

Die Sicherheit ist kein Problem, da alle Entwürfe auf nicht strahlungsaktiviertem Uran basieren, das erst im Orbit aktiviert wird. Das bedeutet: keine hohe Strahlenbelastung, selbst im Falle einer Explosion der Trägerrakete, eines Notwassersprungs im Ozean oder eines anderen Fehlstarts. Die Kettenreaktion des Urans wird erst im Weltraum und sicher im Orbit ausgelöst; bis dahin ist das Uran inert.
Der entscheidende Punkt bei der Konstruktion von Raumfahrzeugen liegt bei einer Leistung von etwa 100 kW: Unterhalb dieser Leistungsgrenze ist ein solarelektrisches Antriebssystem mit Sonnenkollektoren ideal, oberhalb dieser Grenze ist ein nuklearelektrisches Design die beste Wahl. Alle Konsortien planen zwei Starts: einen mit der Nutzlast und einen mit dem Raumfahrzeug, das in der Erdumlaufbahn andocken und die Reise gemeinsam im Weltraum fortsetzen würde.

„Diese Studien bringen den Prozess in Gang und setzen die atomgetriebene europäische Raumfahrt auf die Agenda“, fasst Valère zusammen. „Die Technologien, die wir benötigen, passen gut zu den industriellen Kapazitäten der ESA-Mitgliedstaaten, und der politische Wille gewinnt an Dynamik – wir haben nun ein klareres Ziel, auf das wir hinarbeiten können.“
Der nächste Schritt besteht darin, das Wissen und die Erfahrung mit jedem einzelnen System zu erweitern: dem Kernreaktor, der Strahlungsabschirmung, dem Energieumwandlungssystem, dem thermischen Heiz- und Kühlsystem sowie den elektrischen Triebwerken. Die ESA hat eine Arbeitsgruppe für nuklearen Antrieb gebildet, die die Konstruktion und den Bau von Hardware im verkleinerten Maßstab sowie Tests in Laboren beaufsichtigen wird.

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• Nukleartechnik für die Raumfahrt

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Ein Beitrag von Martin Ollrom. Quelle: NASA.

Der Vertrag ist etwa 400 Millionen Dollar wert und läuft bis Mitte 2008. Es geht um die Jupiter Icy Moon Orbiter (JIMO) Mission, die erste des NASA-Prometheus Programms. Diese Mission wird die drei Jupiter-Monde Callisto, Ganymede und Europa anfliegen und sie näher untersuchen. Alle drei verbergen vermutlich unter ihrer Oberfläche einen Ozean aus Eis oder sogar flüssigem Wasser. Ein Nuklear-Reaktor soll diese interessante Mission ermöglichen, die aber erst im nächsten Jahrzehnt starten soll.

JIMO soll die erste NASA Mission sein, die diesen berühmten und angeblich sehr effizienten Nuklear-Antrieb verwendet. Nuklear-Antriebe hat bereits die Cassini Sonde verwendet, jedoch auf die alte und eher uneffizientere Art und Weise. Durch diese Antriebsart soll auch noch so weit von der Sonne entfernt genügend Strom erzeugt werden, um alle Geräte zu versorgen und so die Geschichte, Zusammensetzung und Oberfläche dieser Monde, zu untersuchen. Die JIMO Mission soll als Beispielmission dienen, wie zukünftige Raumsonden aussehen und arbeiten werden, beziehungsweise wie sie sich fortbewegen werden. „Wir haben ein professionelles Team ausgewählt und gehen nun an den nächsten Schritt dieser Mission heran“, meint John Casani, Projekt Manager der JIMO Mission beim JPL.
Alle Geräte werden von NASA-nahen Einrichtungen erstellt, Firmen die von der NASA ausgewählt wurden. Während der Mission wird JIMO vom JPL betreut, das ihren Hauptsitz in Pasadena, San Francisco, Kalifornien hat.

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Ein Beitrag von Martin Ollrom. Quelle: SpaceFlightNow.

Der JIMO könnte die erste durch Nuklear-Fission betriebene Raumsonde sein. Diese Technologie soll auch für zukünftige Mars- und Mondmissionen eingesetzt werden. Der JIMO Reaktor würde 100mal mehr Energie liefern als Reaktoren und Technologie die zurzeit zum Einsatz kommen. Diese Energiemassen erlauben es in Zukunft leistungsfähigere Antriebe zu bauen und ebenfalls besser ausgestattete Raumsonden, was die wissenschaftlichen Instrumente angeht.

„Durch das Project Prometheus der NASA werden nukleare und elektrische Antriebe getestet die reif für die Zukunft der bemannten und unbemannten Raumfahrt sind. So will die NASA die Antriebe im Laufe der Zeit ändern. JIMO ist dabei nur ein wichtiger Schritt zur Realisierung dieses Projektes und wird die Art des Erforschens ändern“, sagt Mike Mott, Boeing NASA JPL System Vize-Präsident. „Das Boeing-Team hat es geschafft das diese Technologie nun realisierbar ist.“ Boeing investierte 11.8 Millionen Dollar für Phase A die vorsieht, sämtliche Systeme des JIMOs zu planen und zu designen. Mit aktiv wird auch das JPL sein, das die Abläufe kontrollieren wird und schließlich das endgültige OK geben wird. Der JIMO soll einige Jupiter-Monde, wie Europa, anfliegen denn dort vermutet man unter der Oberfläche gefrorenes Wasser. Leider könnte JIMO nicht vor 2015 starten.

Einmal beim Jupiter angelangt wird, bedingt durch den starken Antrieb, jeder Mond etwa 30 Tage lang genauestens unter die Lupe genommen. Der JIMO Vertrag zwischen NASA JPL und Boeing ist im Laufe des Jahres 2004 unterschrieben worden. Es wird die Phasen A – E geben wobei in A wie angesprochen design und geplant wird und in Phase E gestartet wird. Phase B wird der Bau der einzelnen Geräte sein und Phase C/D die Integration in das Gesamtprojekt, sprich hier werden die Geräte eingebaut. Die NASA plant so auch weitere Missionen zu den äußeren Planeten unseres Sonnensystems.

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Ein Beitrag von Martin Ollrom. Quelle: SpaceRef.

Das JPL der NASA will mit dieser neuartigen Antriebsart unbedingt weiter als zum Jupiter fliegen um dieses System genauestens zu testen. Dabei soll sie wissenschaftlich natürlich nicht schlafen sondern den Neptun erforschen. Der Neptun wurde erst von einer Raumsonde besucht, von Voyager 2. Die NASA zahlt der Partnerfirma Boeing, von der auch die Delta 2 Rakete stammt, 250.000 Dollar zur Entwicklung zukunftssicherer Systeme. Sollte diese Neptun Mission erfolgreich sein dürfte die gesamte zukünftige Raumsonden-Flotte auf diesen Antrieb umstellen. Was die wissenschaftliche Fähigkeiten dieser Raumsonde angeht sind sich die NASA Techniker noch uneinig. Es ist sehr gut möglich das ein Neptun Orbiter auf den Weg geschickt wird der atmosphärische Proben nehmen wird.
„Wir müssen an die Zukunft der Raumfahrt denken. Hinsichtlich neuer Ziele müssen wir eine neue effizientere Antriebsart finden“, meint Mike Mott, Boeing Mitarbeiter unter der Leitung des JPL. „Wir wollen einen effizienteren Antrieb haben um das äußere Sonnensystem beziehungsweise das gesamte Sonnensystem besser zu erforschen.“
Die andere Möglichkeit wäre ein Teleskop im Erdorbit. Auch hier sind zwei Möglichkeiten im Gespräch. Die erste wäre das Single Aperture Far Infrared (SAFIR) das, wie der Name schon vermuten lässt, das Universum im infraroten Bereich abtastet. Das zweite Teleskop wäre dann das Far-Infrared and Submillimeter Interferometer Teleskop (FIRSMM). Zweiteres würde von der Cornell Universität bevorzugt werden und auch von ihr teilweise finanziert werden. Während das erste Teleskop von der Texas Universität vorgeschlagen wurde. Beide Teleskope könnten nicht vor 2015 starten.
Alle drei Missionen wären wissenschaftlich von sehr großen Interesse doch welche nun letztendlich genommen wird steht noch offen. Fest steht das Boeing und die NASA sehr viel Geld in dieses Programm investiert.

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Autor: David Langkamp.

Sechs Monate oder länger dauert ein Flug zum Mars mit herkömmlichen chemischen Antrieben. Mit einem nuklearen Antrieb jedoch könnte man die Flugdauer auf zwei bis drei Monate verkürzen.

Bei einer bemannten Reise zum Mars ist die lange Flugdauer von über sechs Monaten ein nicht zu vernachlässigendes gesundheitliches Risiko für die Astronauten. Sie wären über die ganze Zeit der kosmischen Strahlung ausgesetzt, außerdem führt, wie man aus Erfahrung weiß, ein längerer Aufenthalt in der Schwerelosigkeit zu einem erheblichen Abbau der Knochen- und Muskelmasse. Durch eine Verkürzung der Flugdauer auf nur zwei Monate könnte die Schwere der gesundheitlichen Auswirkungen erheblich reduziert werden.

Doch nicht nur bei einer Mission zum Mars stößt man mit herkömmlichen Technologien auf Probleme. Auch der Energieversorgung von Raumsonden und Robotermissionen sind bisher enge Grenzen gesteckt. Diese Missionen sind zu ihrer Energieversorung auf Solarzellen oder Radioisotopengeneratoren angewiesen. Radioisotopengeneratoren machen sich den natürlichen Zerfall von Plutonium 238 zu Nutze und erzeugen dadurch die dringend benötigte Energie. Als die amerikanische Raumsonde Cassini 1999 mit einem solchen Genrator an Bord auf ihren Weg zum Saturn geschickt wurde, gab es wegen des Plutoniums an Bord einen breiten Protest in der Öffentlichkeit.

Die Beschränkung der verfügbaren Energie ist für viele Missionen ein Hindernis. Bei „Deep Space“ Missionen müssen die Missionsplaner jahrelang ausharren, bis die Sonde an ihrem Ziel angekommen ist. Und auch bei einer Robotermission zum Mars schränkt die Energiearmut die Planer in ihren Möglichkeiten nicht unerheblich ein.

Das Projekt Prometheus könnte die Raumfahrt revolutionieren. Auch wenn sich die NASA mit Details noch bedeckt hält, ist einiges bereits durchgesickert. So soll sich „Prometheus“ um zwei Kernbereiche drehen: Zum einen einen Nuklearreaktor, welcher im Weltraum arbeiten kann und zum anderen um Antriebstechniken fürs All.
Nachdem schon eine Milliarde Dollar in den nächsten fünf Jahren für diese Nuklearinitiative vorgesehen wurde, ersucht die NASA den Kongress nun um einen Betrag von einigen hundert Millionen Dollar um mit dem Projekt beginnen zu können. Innerhalb der nächsten Wochen wird mit Entscheidungen und Details über „Prometheus“ gerechnet.

Die Vorteile einer nuklearen Antriebs liegen auf der Hand. Neben der Verkürzung der Reisezeit zum Mars auf ein Drittel könnte man die Nutzlast verdoppeln und hätte damit eine erhebliche Kosteneinsparung und weit mehr Möglichkeiten. Robert Zubrin, Vorsitzender der MarsSociety, begrüßte das Projekt als einen sehr positiven Schritt. „…Die Entscheidung die Nukleartechnologie für den Weltraum zu entwickeln ist ein weiser Schritt der Milliarden sparen und unsere Möglichkeiten erheblich ausweiten wird.“ sagte er gegenüber Space.com

Doch das Projekt hat verständlicherweise auch Kritiker. Seit jeher war der Einsatz von nuklearer Technologie im Weltraum umstritten. 1999 führte das Plutonium an Bord von Cassini zu massiven Protesten in der Öffentlichkeit. Außerdem muß die endgültige Entscheidung über das NASA Budget für 2004 noch getroffen werden. Es bleibt also spannend, wie es mit „Prometheus“ weitergeht. Der Projektname stammt aus der griechischen Mythologie. Prometheus gab aus der Welt der Götter das Feuer zu den Menschen. Dafür wurde er aber vom Gott Zeus bestraft und an einen Felsen gefesselt wo jeden Tag ein Adler seine Leber auffraß…

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