Bei der Verfolgung von Missionen, die uns zurück zum Mond, zum Mars und darüber hinaus führen, hat die NASA eine Reihe von Antriebskonzepten der nächsten Generation untersucht. Während bestehende Konzepte ihre Vorteile haben - chemische Raketen haben eine hohe Energiedichte und Ionenmotoren sind sehr sparsam im Kraftstoffverbrauch -, hängen unsere Hoffnungen für die Zukunft davon ab, dass wir Alternativen finden, die Effizienz und Leistung kombinieren.
Zu diesem Zweck versuchen Forscher am Marshall Space Flight Center der NASA erneut, Atomraketen zu entwickeln. Im Rahmen des Game Changing Development Program der NASA würde im Rahmen des Nuclear Thermal Propulsion (NTP) -Projekts ein hocheffizientes Raumschiff geschaffen, das in der Lage wäre, weniger Treibstoff für die Lieferung schwerer Nutzlasten an entfernte Planeten in relativ kurzer Zeit zu verbrauchen .
Wie Sonny Mitchell, das Projekt des NTP-Projekts im Marshall Space Flight Center der NASA, kürzlich in einer Pressemitteilung der NASA sagte:
„Wenn wir in das Sonnensystem vordringen, bietet der Nuklearantrieb möglicherweise die einzig wirklich praktikable Technologieoption, um die Reichweite des Menschen auf die Marsoberfläche und auf Welten dahinter auszudehnen. Wir freuen uns, an Technologien zu arbeiten, die den Weltraum für die Erforschung des Menschen öffnen könnten. "
Um dies zu gewährleisten, hat die NASA eine Partnerschaft mit BWX Technologies (BWXT) geschlossen, einem in Virginia ansässigen Energie- und Technologieunternehmen, das der US-Regierung ein führender Anbieter von Kernkomponenten und Brennstoffen ist. Um die NASA bei der Entwicklung der notwendigen Reaktoren zu unterstützen, die mögliche zukünftige Missionen mit Besatzung zum Mars unterstützen würden, erhielt die Tochtergesellschaft des Unternehmens (BWXT Nuclear Energy, Inc.) einen Dreijahresvertrag im Wert von 18,8 Mio. USD.
Während dieser drei Jahre, in denen sie mit der NASA zusammenarbeiten werden, wird BWXT die technischen und programmatischen Daten bereitstellen, die für die Implementierung der NTP-Technologie erforderlich sind. Dies wird darin bestehen, Prototypen von Brennelementen herzustellen und zu testen und der NASA dabei zu helfen, alle nuklearen Genehmigungs- und behördlichen Anforderungen zu lösen. BWXT wird den NASA-Planern auch dabei helfen, die Machbarkeitsprobleme mit ihrem NTP-Programm kostengünstig anzugehen.
Wie Rex D. Geveden, President und Chief Executive Officer von BWXT, über die Vereinbarung sagte:
„BWXT freut sich außerordentlich, mit der NASA an diesem aufregenden Nuklearraumprogramm zur Unterstützung der Mars-Mission zu arbeiten. Wir sind einzigartig qualifiziert, um den Reaktor und den Brennstoff für ein nuklear angetriebenes Raumschiff zu entwerfen, zu entwickeln und herzustellen. Dies ist eine günstige Zeit, um unsere Fähigkeiten auf den Weltraummarkt zu lenken, auf dem wir langfristige Wachstumschancen für Kernantriebe und nukleare Oberflächenkraft sehen. “
In einer NTP-Rakete werden Uran- oder Deuteriumreaktionen verwendet, um flüssigen Wasserstoff in einem Reaktor zu erhitzen und ihn in ionisiertes Wasserstoffgas (Plasma) umzuwandeln, das dann durch eine Raketendüse geleitet wird, um Schub zu erzeugen. Eine zweite mögliche Methode, bekannt als Nuclear Electric Propulsion (NEC), besteht darin, dass derselbe Basisreaktor seine Wärme und Energie in elektrische Energie umwandelt, die dann einen Elektromotor antreibt.
In beiden Fällen ist die Rakete auf die Kernspaltung angewiesen, um eher Antriebe als chemische Treibmittel zu erzeugen. Dies war bisher die Hauptstütze der NASA und aller anderen Weltraumagenturen. Gegenüber dieser traditionellen Antriebsform bieten beide Arten von Kernmotoren eine Reihe von Vorteilen. Das erste und offensichtlichste ist die praktisch unbegrenzte Energiedichte, die es im Vergleich zu Raketentreibstoff bietet.
Dies würde die Gesamtmenge des benötigten Treibmittels reduzieren und somit das Startgewicht und die Kosten für einzelne Missionen senken. Ein stärkerer Kernmotor würde kürzere Auslösezeiten bedeuten. Die NASA hat bereits geschätzt, dass ein NTP-System die Reise zum Mars auf vier statt sechs Monate zurücklegen könnte, was die Strahlungsmenge verringern würde, der die Astronauten auf ihrer Reise ausgesetzt wären.
Um fair zu sein, ist das Konzept, Atomraketen zur Erforschung des Universums einzusetzen, nicht neu. Tatsächlich hat die NASA die Möglichkeit eines nuklearen Antriebs im Rahmen des Space Nuclear Propulsion Office eingehend untersucht. Tatsächlich führte die SNPO zwischen 1959 und 1972 23 Reaktortests in der Nuclear Rocket Development Station am AEC-Teststandort Nevada in Jackass Flats, Nevada, durch.
Im Jahr 1963 schuf die SNPO auch das NERVA-Programm (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications) zur Entwicklung eines nuklear-thermischen Antriebs für eine Langstreckenmission mit Besatzung zum Mond und zum interplanetaren Raum. Dies führte zur Schaffung des NRX / XE, eines kernthermischen Motors, von dem die SNPO bescheinigte, dass er die Anforderungen für eine Mission mit Besatzung zum Mars erfüllt.
Die Sowjetunion führte in den 1960er Jahren ähnliche Studien durch, in der Hoffnung, sie auf den oberen Stufen ihrer N-1-Rakete einsetzen zu können. Trotz dieser Bemühungen wurden aufgrund einer Kombination aus Budgetkürzungen, Verlust des öffentlichen Interesses und einer allgemeinen Einstellung des Weltraumrennens nach Abschluss des Apollo-Programms nie Atomraketen in Dienst gestellt.
Angesichts des gegenwärtigen Interesses an Weltraumforschung und der ehrgeizigen Mission, die dem Mars und darüber hinaus vorgeschlagen wurde, scheint es jedoch, dass Atomraketen endlich zum Einsatz kommen könnten. Eine beliebte Idee, die in Betracht gezogen wird, ist eine mehrstufige Rakete, die sowohl auf einem Kernmotor als auch auf konventionellen Triebwerken basiert - ein Konzept, das als „bimodales Raumschiff“ bekannt ist. Ein wichtiger Befürworter dieser Idee ist Dr. Michael G. Houts vom NASA Marshall Space Flight Center.
Im Jahr 2014 führte Dr. Houts eine Präsentation durch, in der dargelegt wurde, wie bimodale Raketen (und andere nukleare Konzepte) „bahnbrechende Technologien für die Weltraumforschung“ darstellen. Als Beispiel erklärte er, wie das Space Launch System (SLS) - eine Schlüsseltechnologie in der von der NASA vorgeschlagenen Mission zum Mars mit Besatzung - in der unteren Stufe mit einer chemischen Rakete und in der oberen Stufe mit einem nuklearthermischen Motor ausgestattet werden könnte.
In diesem Aufbau würde der Kernmotor "kalt" bleiben, bis die Rakete die Umlaufbahn erreicht hatte. Zu diesem Zeitpunkt würde die obere Stufe eingesetzt und der Reaktor aktiviert, um Schub zu erzeugen. Weitere im Bericht angeführte Beispiele sind Langstrecken-Satelliten, die das äußere Sonnensystem und den Kuipergürtel erkunden könnten, sowie ein schneller und effizienter Transport für bemannte Missionen im gesamten Sonnensystem.
Der neue Vertrag des Unternehmens läuft voraussichtlich bis zum 30. September 2019. Zu diesem Zeitpunkt wird das Nuclear Thermal Propulsion-Projekt die Machbarkeit der Verwendung von schwach angereichertem Uranbrennstoff bestimmen. Danach wird das Projekt ein Jahr lang seine Fähigkeit zur Herstellung der erforderlichen Brennelemente testen und verfeinern. Wenn alles gut geht, können wir erwarten, dass die "Reise zum Mars" der NASA möglicherweise nur einige Nuklearmotoren enthält!
