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Mit Atomkraft zum Mars: Starten bald Raketen mit Nuklear-Antrieb ins All?

  • Veröffentlicht: 21.06.2020
  • 14:45 Uhr
  • Peter Schneider
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© NASA

Mit nuklearen Triebwerken könnten Raketen in Rekordzeit den Mars erreichen. Dumm nur, dass Atomkraft auch im Weltraum sehr gefährlich werden kann.

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Das Wichtigste zum Thema Nuklear-Antriebe

  • Ein Raumschiff mit einem nuklearen Triebwerk bräuchte anstatt 6 Monaten nur noch wenige Wochen zum Mars.

  • Bisher fliegen Raketen mit chemischen Treibstoffen ins All. Die verbrennen zu einem heißen Gas, das als Strahl aus einer Düse herausschießt und so die Rakete vorantreibt.

  • Problem: Selbst mit der wirkungsvollsten Treibstoff-Kombi aus eiskaltem Wasserstoff und Sauerstoff können Raketen nur wenig Last in den Weltraum tragen.

  • Raketen mit nuklearen Antrieben verfügen im Verhältnis zu ihrem Gewicht über viel mehr Energie. Sie können höhere Geschwindigkeiten erreichen und gleichzeitig mehr Nutzlast transportieren - beispielsweise eine größere Besatzung und mehr Ausrüstung.

  • Das eine Nuklear-Raketentriebwerk gibt es nicht. Mehrere Techniken nutzen die extreme Wärme, die bei der Kernspaltung entsteht. Unterschiedlich ist nur der Weg, diese Hitze in Bewegungsenergie umzuwandeln.

  • Zu Beginn des Atomzeitalters in den 1950er und -60er Jahren wurden für Hunderte Millionen US-Dollar zahlreiche Pläne für Atom-Raumschiffe entwickelt. Keines davon flog jemals ins All: Zu groß war das Risiko, bei einem Unfall die Atmosphäre zu verseuchen.

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Die Nuklear-Ofen-Rakete

Falls jemals ein Raumschiff mit Atomantrieb gebaut wird, dann vermutlich eines mit einem nuklear-thermischen Triebwerk. Die NASA forscht aktuell wieder an einem Raketenmotor, der mit Uran arbeitet.
Falls jemals ein Raumschiff mit Atomantrieb gebaut wird, dann vermutlich eines mit einem nuklear-thermischen Triebwerk. Die NASA forscht aktuell wieder an einem Raketenmotor, der mit Uran arbeitet. © NASA
Das Prinzip kennt fast jeder: Bei einem kochenden Motorkühler schießt heißer Wasserdampf aus der Öffnung. Nichts anderes machen nuklear-thermische Raketenmotoren. In einem Reaktor wird Uran oder Plutonium gespalten. Die dabei entstehende Wärme heizt den Treibstoff - häufig flüssiger Wasserstoff - auf bis zu 3.000 Grad auf und drückt ihn durch eine Düse.
Das Prinzip kennt fast jeder: Bei einem kochenden Motorkühler schießt heißer Wasserdampf aus der Öffnung. Nichts anderes machen nuklear-thermische Raketenmotoren. In einem Reaktor wird Uran oder Plutonium gespalten. Die dabei entstehende Wärme heizt den Treibstoff - häufig flüssiger Wasserstoff - auf bis zu 3.000 Grad auf und drückt ihn durch eine Düse.© NASA
In der Wüste Nevadas testeten die Amerikaner in den 1960er Jahren solche nuklear angetriebenen Triebwerke. Mit Erfolg: Die "Kiwi"-Triebwerke feuerten den Treibstoff fast 3-mal so schnell aus den Düsen wie die der Mondrakete Saturn V.
In der Wüste Nevadas testeten die Amerikaner in den 1960er Jahren solche nuklear angetriebenen Triebwerke. Mit Erfolg: Die "Kiwi"-Triebwerke feuerten den Treibstoff fast 3-mal so schnell aus den Düsen wie die der Mondrakete Saturn V.© Los Alamos National Laboratory
Heute unvorstellbar: Auf diesem Bild von 1965 ist eine geplante Explosion zu sehen. Bei anderen Tests explodierte der Reaktor aber ungewollt. Es dauerte Monate, den Teststand wieder aufzuräumen.
Heute unvorstellbar: Auf diesem Bild von 1965 ist eine geplante Explosion zu sehen. Bei anderen Tests explodierte der Reaktor aber ungewollt. Es dauerte Monate, den Teststand wieder aufzuräumen.© NASA
Trotzdem waren die Forschungsprojekte Prometheus und Nerva technisch gesehen ein Erfolg. Die getesteten Raketenmotoren waren so ausgereift, dass sie fast für die Apollo-Missionen eingesetzt worden wären. Sogar Missionen zum Mars waren für 1980 angedacht. Raumfahrtmüdigkeit nach der Mondlandung und Angst vor der Atomkraft machten den Plänen ein Ende.
Trotzdem waren die Forschungsprojekte Prometheus und Nerva technisch gesehen ein Erfolg. Die getesteten Raketenmotoren waren so ausgereift, dass sie fast für die Apollo-Missionen eingesetzt worden wären. Sogar Missionen zum Mars waren für 1980 angedacht. Raumfahrtmüdigkeit nach der Mondlandung und Angst vor der Atomkraft machten den Plänen ein Ende.© NASA
Falls jemals ein Raumschiff mit Atomantrieb gebaut wird, dann vermutlich eines mit einem nuklear-thermischen Triebwerk. Die NASA forscht aktuell wieder an einem Raketenmotor, der mit Uran arbeitet.
Das Prinzip kennt fast jeder: Bei einem kochenden Motorkühler schießt heißer Wasserdampf aus der Öffnung. Nichts anderes machen nuklear-thermische Raketenmotoren. In einem Reaktor wird Uran oder Plutonium gespalten. Die dabei entstehende Wärme heizt den Treibstoff - häufig flüssiger Wasserstoff - auf bis zu 3.000 Grad auf und drückt ihn durch eine Düse.
In der Wüste Nevadas testeten die Amerikaner in den 1960er Jahren solche nuklear angetriebenen Triebwerke. Mit Erfolg: Die "Kiwi"-Triebwerke feuerten den Treibstoff fast 3-mal so schnell aus den Düsen wie die der Mondrakete Saturn V.
Heute unvorstellbar: Auf diesem Bild von 1965 ist eine geplante Explosion zu sehen. Bei anderen Tests explodierte der Reaktor aber ungewollt. Es dauerte Monate, den Teststand wieder aufzuräumen.
Trotzdem waren die Forschungsprojekte Prometheus und Nerva technisch gesehen ein Erfolg. Die getesteten Raketenmotoren waren so ausgereift, dass sie fast für die Apollo-Missionen eingesetzt worden wären. Sogar Missionen zum Mars waren für 1980 angedacht. Raumfahrtmüdigkeit nach der Mondlandung und Angst vor der Atomkraft machten den Plänen ein Ende.

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Das atomare Elektro-Raumschiff

Die NASA wollte eine Sonde mit einem Kernreaktor ausstatten, der 2 Ionentriebwerke mit Strom versorgt hätte. Die Sonde Jupiter Icy Moons Orbiter sollte die eisigen Monde Ganymed, Kallisto und Europa des Riesenplaneten Jupiter erforschen. Die Sonde wurde aber nie gebaut - zu teuer.
Die NASA wollte eine Sonde mit einem Kernreaktor ausstatten, der 2 Ionentriebwerke mit Strom versorgt hätte. Die Sonde Jupiter Icy Moons Orbiter sollte die eisigen Monde Ganymed, Kallisto und Europa des Riesenplaneten Jupiter erforschen. Die Sonde wurde aber nie gebaut - zu teuer.© NASA

Beim nuklearen Elektroantrieb erzeugt ein Atomreaktor Strom, der ein sogenanntes Ionen-Triebwerk antreibt. Das ist zwar eine komplizierte Technik, das Prinzip ist aber einfach: Atome werden darin elektrisch aufgeladen und von einem elektrischen Feld extrem beschleunigt. Anschließend werden sie wieder neutralisiert und aus einer Düse herausgeschossen.

Fantasterei? Nein, tatsächlich gibt es solche Ionen-Triebwerke schon. Mit Sonnenlicht gespeist, treiben sie gewöhnlich Satelliten und Raumsonden wie die japanische Asteroidensonde Hayabusa an.

Um Mars-Raumschiffe vorwärts zu bringen, bräuchte es allerdings viel größere Ionen-Triebwerke. Den nötigen Strom könnte aber nur Atomkraft liefern. Die NASA gab Anfang des Jahrtausends mehrere Hundert Millionen Dollar für das Projekt Prometheus aus, um den Einsatz von Kernreaktoren für interplanetare Raumsonden wie dem Jupiter Icy Moons Orbiter zu erforschen.

Wann kommen die Raumschiffe mit Nuklear-Antrieb?

So stellt sich die NASA 2019 den Zeitplan für Missionen mit nuklear-thermischer Kraft vor.
So stellt sich die NASA 2019 den Zeitplan für Missionen mit nuklear-thermischer Kraft vor.© NASA
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Das Bomben-Raumschiff

Moderner Entwurf eines Raumschiffs mit nuklearem Pulsantrieb. Dämpfer und eine dicke Stahlplatte sollten das Raumschiff schützen und gleichzeitig so sanft vorwärts bewegen, dass die Crew überlebt.
Moderner Entwurf eines Raumschiffs mit nuklearem Pulsantrieb. Dämpfer und eine dicke Stahlplatte sollten das Raumschiff schützen und gleichzeitig so sanft vorwärts bewegen, dass die Crew überlebt.© NASA

Während des 2. Weltkriegs bauten die besten Physiker der USA die erste Atombombe. Einige von ihnen spannen die Idee beim supergeheimen Projekt Orion weiter: Statt einer großen Atombombe sollten Hunderte kleine hinter dem Raumschiff detonieren und es in den Weltraum - und bis zum Saturn - schießen. Damit es dabei nicht kaputt geht, konzipierten sie eine dicke Stahlplatte und starke Dämpfer davor. Fertig war der nukleare Pulsantrieb.

Zwar starteten keine Raumschiffe mit Atombomben-Explosionen ins All. Aber die Wissenschaftler bauten ein kleines Modell, das sie mit "normalen" Mini-Bomben 100 Meter aufsteigen ließen. US-Präsident Kennedy war so entsetzt, dass er das Projekt einstellen ließ.

Anti-Materie: Der Hyper-Treibstoff

Der absolute Super-Burner unter den Raketenantrieben sind Anti-Materie-Triebwerke. Nur wenige Milligramm Anti-Materie würde ausreichen, um ein Raumschiff in kurzer Zeit zum Mars zu transportieren. Problem: Bisher lässt sich solch eine Menge Anti-Materie nicht herstellen - und lagern schon gar nicht.
Der absolute Super-Burner unter den Raketenantrieben sind Anti-Materie-Triebwerke. Nur wenige Milligramm Anti-Materie würde ausreichen, um ein Raumschiff in kurzer Zeit zum Mars zu transportieren. Problem: Bisher lässt sich solch eine Menge Anti-Materie nicht herstellen - und lagern schon gar nicht.© NASA
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Kommt jetzt der Super-Antrieb für Mars-Raketen?

Coca Cola, Jackass und Atom-Flugzeuge: 5 irre Fakten zum nuklearen Rakenten-Antrieb

💣 Um die Mini-Atombomben zuverlässig und an der richtigen Stelle hinter dem Raumschiff zu platzieren, holten sich die Nuklear-Physiker Coca-Cola-Techniker ins Haus. Die Brause-Experten hatten Erfahrung darin, Millionen Flaschen passgenau abzufüllen.

⚛️ US-Militärs planten sogar ein riesiges Versuchs-Flugzeug mit Atomreaktor. Bis zu 30 Zentimeter dicke Bleiglas-Scheiben sollten die Crew vor Strahlung schützen. Die Maschine mit Nuklear-Triebwerk hob nie ab: Das Projekt wurde rechtzeitig gestoppt.

👨‍🔬 Das Gebiet, in dem die nuklear-thermischen Triebwerke getestet wurden, nennt sich "Jackass Flats". Aber nicht wegen der "irren Wissenschaftler" des Projekts, sondern der gleichnamigen Gesteins-Schichten in dieser Gegend.

🎬 Stanley Kubrick plante ursprünglich, in seinem Sci-Fi-Klassiker "2011: Odyssee im Weltraum" ein Raumschiff mit nuklearem Pulsantrieb fliegen zu lassen. Da er aber gerade "Dr. Seltsam oder: Wie ich lernte, die Bombe zu lieben" gedreht hatte, strich er diesmal die Atomkraft aus dem Drehbuch.

☠️ Tödlicher Fallout: "Orion"-Mastermind Freeman Dyson errechnete, dass nach dem Start einer atomaren Pulsantrieb-Rakete durchschnittlich etwa 10 Menschen sterben würden. Von da an war er gegen sein eigenes Projekt.

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