Ein Raketenantrieb, der mit Atomkraft funktioniert? Was nach Science-Fiction aus den 50er Jahren klingt, könnte schon bald Realität sein – zumindest, wenn es nach den Forschenden des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) im US-Bundesstaat Tennessee geht. Dort wurde ein neuartiger Teststand entwickelt, der helfen soll, nukleare Antriebssysteme für Raumfahrtmissionen zu entwickeln. Ziel ist es, eines Tages Menschen zum Mars und darüber hinaus zu schicken – schneller, effizienter und mit weniger Treibstoff als bisher möglich.
Atomkraft statt Kerosin: Warum chemische Raketen an ihre Grenzen stoßen
Wie das Technikportal NewAtlas berichtete, sei der größte Engpass bei der Erforschung des Sonnensystems nicht etwa die Technologie an Bord der Raumsonden, sondern die Antriebssysteme selbst. Seit den 1940er-Jahren verlassen sich Raumfahrtagenturen auf chemische Raketen – leistungsstark, aber ineffizient. Um nur ein Kilogramm Nutzlast zum Mond zu bringen, seien rund 1.000 Kilogramm Treibstoff nötig, so NewAtlas. Deshalb war die Saturn-V-Rakete der Apollo-Missionen so groß wie ein Hochhaus – obwohl am Ende nur eine kleine Kapsel zur Erde zurückkehrte.
Für Reisen über den Erdorbit hinaus, etwa zum Mars, brauche es laut NewAtlas deutlich effizientere Antriebe. Hier komme die nukleare Raumfahrt ins Spiel. Dabei wird Wasserstoff durch einen Kernreaktor auf rund 2.700 Grad Celsius erhitzt und als Treibmittel ausgestoßen – das verdoppelt die Effizienz im Vergleich zu chemischen Raketen.
Wie man einen Reaktor im All kontrolliert
Doch ein nuklearer Antrieb bringt neue Herausforderungen mit sich. Zum einen müsse die enorme Hitze kontrolliert werden, damit der Reaktor nicht schmilzt. Zum anderen sei die Steuerung des Systems im All komplex: Der Reaktor muss sich ein- und ausschalten sowie regulieren lassen – und das autonom, da kein Techniker im All eingreifen kann.
Um diese Probleme zu lösen, hat das ORNL ein Testsystem entwickelt, das einen Reaktor simuliert. Laut NewAtlas bestehe dieser Prüfstand aus sechs sogenannten Steuer-Trommeln, die mit Sensoren wie Drehmomentmessern und optischen Encodern ausgestattet sind. Diese Trommeln simulieren die Regelung des Reaktors, indem sie Neutronen entweder reflektieren oder absorbieren – je nachdem, wie sie gedreht werden.
Hightech-Teststand mit künstlichem Reaktor
Statt echter Kernbrennstoffe kommt in der Testumgebung eine Mischung aus Wasser und Luft zum Einsatz, die den Wasserstofffluss im echten Antrieb nachahmt. Sensoren messen dabei Druck, Temperatur und Durchfluss. Gesteuert wird das Ganze von einem NVIDIA Jetson-Minicomputer, der über ein spezielles Kommunikationsprotokoll mit der Software interagiert, die das Verhalten eines echten Reaktors nachbildet.
Der Vorteil: Das System sei laut ORNL-Forscher Brandon Wilson sicher, flexibel und wiederholbar. Es ermögliche es den Ingenieurinnen und Ingenieuren, autonome Steuerungssysteme unter realistischen Bedingungen zu testen – ohne Risiko für Mensch und Umwelt. Probleme könnten so bereits auf der Erde erkannt und behoben werden, bevor sie im All auftreten. Die Ergebnisse der Forschung wurden in der Fachzeitschrift Energies veröffentlicht.