Speed von Lady Voldemort

Tagebücher der Wissenschaft

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Atomkraft tut not. Es gibt keine Alternative dafür. Wir brauchen sie unbedingt… 

Damit wir uns nicht missverstehen: Ich will mit dieser Einleitung nicht in die energiepolitische Debatte dieses Landes einsteigen. Meine Meinung dazu ist (und damit können wir diesen Punkt dann auch gut sein lassen): Wir haben hier auf der Erde das Privileg nur gut acht Lichtminuten von einem Mega-Fusionsreaktor entfernt zu leben, den wir "Sonne" nennen. Dieser Superatommeiler schafft uns eine kuschlige, habitable Zone innerhalb derer wir unseren Strom auch mit indirekter nuklearthermischer Energieerzeugung gewinnen können.

Mir geht es heute um etwas anderes, und deshalb verlassen wir jetzt unseren Planeten.

 Mit nuklearelektrischem Antrieb zum Neptun: Kurze Reisezeiten und viel Nutzlast

Wenn wir nämlich im Weltraum richtig vorankommen wollen, dann wird es ohne Atomenergie nicht gehen. Sobald wir uns nämlich von unserem netten gelben Fusionsöfchen entfernen und – sagen wir mal – jenseits des Jupiter Forschung betreiben wollen, dann ist da recht schnell Ende im Gelände. Dann ist Schluss mit der von der Sonne gespendeten Energie und uns bleibt nichts anderes übrig, als selbst welche zu machen. Dort draußen müssen wir die benötigte Energie mittels Isotopenzerfall, Kernspaltung und vielleicht auch eines Tages mittels Kernfusion herstellen.

Am Mars kommt auf einer gegebenen Fläche nur noch ein Viertel der Sonnenenergie an, die auf Höhe der Erdbahn zu empfangen ist. Und auf Höhe der Jupiterbahn leuchtet nur noch eine matte, kleine Funzel am Himmel, die es dort grade mal ein zwanzigstel der irdischen Einstrahlung bringt.

Und damit kommen wir zu ihr, "Deren-Name-nicht-genannt-werden-darf". Sie ist die Lady Voldemort der europäischen Raumfahrt. Die "Nukleare Energieversorgung für Raumfahrzeuge" (ups, nun ist es doch raus). Keinem Politiker würde es im Traum einfallen, hier ein Fass aufzumachen. Kein Wissenschaftler, kein Raumfahrtmanager, der in der Hierarchie seiner jeweiligen Institution vorankommen will, wird sich öffentlich damit beschäftigen. Es ist das Gebiet für die Ketzer, die politisch Unkorrekten, die Kandidaten für Askaban.

In Europa ist selbst die Diskussion um simple Radioisotopengeneratoren ein Minenfeld, denn in der Folge müsste man auch ein in hohem Maße belastetes Reizwort wie "Es-dessen-Name-auch-nicht-genannt-werden-darf" (Plutonium) verwenden.

Somit hat Europa keine Chance, ohne die Hilfe anderer Nationen jemals einen Himmelskörper jenseits der Jupiterbahn zu erreichen. Dieses Faktum könnten wir jetzt stehen lassen, doch die Hoffnung stirbt zuletzt und vielleicht kommt doch noch einmal etwas in Bewegung. Aus diesem Grund unternehmen wir jetzt einen kurzen Exkurs:

Die Raumfahrt benötigt nukleare Energiequellen für die folgenden Hauptanwendungen, die wenig, ein wenig mehr, und richtig viel Strom erfordern.

1. Wenig Strom, nämlich ein bis zwei Watt, erzeugen nukleare Heizelemente. Die braucht man überall da, wo vor allem mechanische Komponenten oder Instrumente in langen Weltraumnächten einzufrieren drohen. Die beiden an sich mit Solarenergie betriebenen Mars-Rover Spirit und Opportunity sind beispielsweise damit ausgerüstet. Verwendet werden in der Regel Pellets mit Plutonium 238. Aber auch Elemente mit wesentlich kürzeren Halbwertszeiten wie Polonium 210 sind in der Raumfahrt schon verwendet worden. In jedem Fall wird man hier auf Alpha-Strahler zurückgreifen, um die Abschirmungen dünn zu halten. Übrigens (pst, nicht weitersagen): auch der europäische Exomars-Rover wird solche Heizelemente, so genannte RHU – Radioactive Heater Units – enthalten, weil es nämlich kaum anders geht. Die werden wir Europäer ganz unauffällig in Russland kaufen und in keinem Papier für das allgemeine Publikum werden sie jemals erscheinen und niemals wird ein Projektwissenschaftler bei einer Präsentation des Projektes für die breite Öffentlichkeit je von sich aus darauf hinweisen.

2. Radioisotopengeneratoren für den Betrieb von kleinen, unbemannten Forschungsstationen auf dem Mond (wie die aus den Apollo-Tagen) oder als Energiequelle aller Raumsonden (Pioneers, Voyagers, Galileo, Cassini, New Horizon), deren Ziel jenseits des Jupiters liegt. Sie führen meist einige wenige bis einige dutzend Kilogramm Plutonium 238 mit, um aus der Zerfallswärme Strom zu erzeugen um damit einige hundert Watt bis einige Kilowatt an Energie zu erzeugen. Technisch sind sie seit 40 Jahren "state of the art". In den USA. Nicht bei uns.

3. Spaltreaktoren für nuklearthermische und nuklearelektrische Antriebe von Boostern, Oberstufen und Transferraumschiffen, sowie für die Energieversorgung von bemannten Basen auf Mond und Mars.

Dieser letzte Punkt hört sich für den Laien vielleicht wie Science Fiction an, aber auf diesem Gebiet sind im letzten halben Jahrhundert eine ganze Reihe von Test- und Einsatzgeräten entwickelt worden. Ihre Leistungen waren aber, bis auf einen Fall, auf einige dutzend Kilowatt beschränkt. Richtig Sinn machen würden sie erst, wenn sie Energiemengen von einigen hundert Megawatt produzieren würden.

Wenn wir bemannt zum Mars (oder darüber hinaus) gelangen wollen, ohne dabei auf nicht enden wollenden Hohmann-Bahnen entlang zu schleichen, dann sind wir auf Atomenergie angewiesen. Wir sind ausgerechnet deswegen darauf angewiesen, um – so paradox es im ersten Moment klingt – den Auswirkungen harter Strahlung zu entgehen. Je kürzer die Reisezeit, desto weniger lange ist ein Astronaut der rauen (Strahlungs-)See des interplanetaren Raumes ausgesetzt.

Raumfahrtantriebe, wie wir sie heute kennen, verbrennen meist feste oder flüssige Chemikalien. Um damit hohe Geschwindigkeiten, gleichbedeutend mit kurzen Reisezeiten, zu erzielen braucht es ungeheure Mengen davon. Mehr noch: Chemische Antriebe sind heute fast am Ende ihrer technischen Möglichkeiten angelangt. Sie können graduell noch geringfügig verbessert werden, aber jedes zusätzliche Prozent an Leistung erfordert ein enormes Mehr an technischer Finesse. Chemische Triebwerke sind wie Dragster. Sie beschleunigen sportlich, doch saufen sie Sprit ohne Ende.

Ionen- und Plasmaantriebe der unterschiedlichsten Funktionsweisen gehen wesentlich effizienter mit dem Treibstoff um. Sie zeichnen sich durch hohe spezifische Impulsleistungen aus, die bis zu 20mal besser sind, als die chemischer Antriebe. Elektrische Triebwerke werden schon seit langem in der Raumfahrt verwendet. Wenn Zeit keine Rolle spielt, nur sehr geringe Schübe benötigt werden, und man sich nicht weit von der Sonne entfernt, dann können sie mit Solargeneratoren betrieben werden. Problematisch wird es aber dann, wenn die drei Punkte nicht zutreffen.

Michael Khans Blog-Beitrag vom Februar 2008 behandelt speziell die Problematik solarenergiebetriebener Ionentriebwerke. 

Um das Potential dieser Triebwerke wirklich auszuschöpfen, braucht es Strom ohne Ende. Ein Beispiel dafür ist das VASIMR-Plasmatriebwerk (VAriable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) des ehemaligen NASA-Astronauten Franklin Chang-Diaz. Ein Raumfahrzeug könnte mit diesem Antrieb innerhalb von 40 Tagen den Mars erreichen. Vorausgesetzt, man verfügt über eine Energiequelle von über 200 Megawatt Leistung mit einem Leistungsgewicht von einem Kilogramm Masse pro Kilowatt Leistung. Das ist mit einem Solargenerator unmöglich.

Nur zum Vergleich: Die Solargeneratoren der Internationalen Raumstation erzeugen unter günstigsten Verhältnissen etwa 110 Kilowatt und sind dabei so groß wie ein Fußballfeld. Heutige Solargeneratoren haben ein Leistungsgewicht von etwa 18-20 Kilogramm pro Kilowatt. Die technische Entwicklung könnte dies mittelfristig vielleicht bis auf etwa 7 Kilogramm pro Kilowatt herunterbringen. Stretched Lens Arrays könnten es eines Tages vielleicht sogar bis in die Nähe von 3 Kilogramm/Kilowatt schaffen. Doch dies gilt immer nur für einen Einsatz auf Höhe der Erdbahn oder noch näher an der Sonne. Das ist vielleicht gut genug, um mittels VASIMR-Antrieb (unbemannt) Nutzlasten vom niedrigen in den hohen Erdorbit, oder Güter vom Erdorbit in den Mondorbit zu transportieren. Für Reisen zum Mars und darüber hinaus sind sie nicht geeignet.

Derlei Überlegungen allerdings werden nur in den USA, in Russland und höchstwahrscheinlich auch in China angestellt. Nicht jedoch in Europa. Dabei bräuchten wir zunächst gar nicht über "Space Based Reactor" nachzudenken. Für Europa wäre es schon eine echte Mutprobe, wenn man sich wenigstens zur Entwicklung eines schlichten Isotopengenerators für Tiefraumsonden durchringen könnte. Saturn und Titan, die Planeten Uranus und Neptun mit ihren Mondsystemen, die Kuiper-Objekte, all das wären lohnende Ziele die man nicht nur den anderen Raumfahrtnationen überlassen sollte.

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Ich bin Raumfahrt-Fan seit frühester Kindheit. Mein Schlüsselerlebnis ereignete sich 1963. Ich lag mit Masern im Bett. Und im Fernsehen kam eine Sendung über Scott Carpenters Mercury-Raumflug. Dazu der Kommentar von Wolf Mittler, dem Stammvater der TV-Raumfahrt-Berichterstattung. Heute bin ich im "Brotberuf" bei Airbus Safran Launchers in München im Bereich Träger- und Satellitenantriebe an einer Schnittstelle zwischen Wirtschaft und Technik tätig. Daneben schreibe ich für Print- und Onlinemedien und vor allem für mein eigenes Portal, "Der Orion", das ich zusammen mit meinen Freundinnen Maria Pflug-Hofmayr und Monika Fischer betreibe. Ich trete in Rundfunk und Fernsehen auf, bin Verfasser und Mitherausgeber des seit 2003 erscheinenden Raumfahrt-Jahrbuches des Vereins zur Förderung der Raumfahrt (VFR). Aktuell erschien in diesen Tagen beim Motorbuch-Verlag "Interkontinentalraketen". Bei diesem Verlag sind in der Zwischenzeit insgesamt 16 Bücher von mir erschienen, drei davon werden inzwischen auch in den USA verlegt. Daneben halte ich etwa 15-20 mal im Jahr Vorträge bei den verschiedensten Institutionen im In- und Ausland. Mein Leitmotiv stammt von Antoine de Saint Exupery: Wenn du ein Schiff bauen willst, dann trommle nicht Menschen zusammen, um Holz zu beschaffen, Werkzeuge zu verteilen und Arbeit zu vergeben, sondern lehre sie die Sehnsucht nach dem weiten unendlichen Meer. In diesem Sinne: Ad Astra

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