Ein Raumschiff mit Kernenergie zum Mars antreiben? Dieses Konzept nimmt Gestalt an mit dem SR-1 Freedom-Projekt der NASA. Für einen Start im Jahr 2028 geplant, markiert dieses Gefährt einen Wendepunkt in der interplanetaren Erforschung.
Doch bevor man über Kernkraft spricht, muss man über Elektrizität sprechen.
Eine Illustration des NASA-Raumschiffs SR-1 Freedom, ausgestattet mit einem nuklear-elektrischen Antriebssystem.
Bildnachweis: NASA
Der elektrische Antrieb, oft als Ionenantrieb bezeichnet, funktioniert, indem ein Gas wie Xenon in Ionen umgewandelt wird, um Schub zu erzeugen. Diese Kraft ist sehr schwach, summiert sich aber allmählich auf und ermöglicht so hohe Geschwindigkeiten über große Entfernungen. Seit den 1960er Jahren wurde dieses System für zahlreiche Missionen genutzt, zunächst in der Erdumlaufbahn, dann zu anderen Himmelskörpern, und hat so seine Zuverlässigkeit und seinen Nutzen für weite Reisen unter Beweis gestellt.
In den entlegenen Gebieten des Sonnensystems werden jedoch Sonnenkollektoren unzureichend, um diese Triebwerke mit Energie zu versorgen. Radioisotopen-Thermoelektrische Generatoren (RTGs) bieten hier eine Lösung, indem sie die bei der radioaktiven Zerfall von Plutonium-238 freigesetzte Wärme nutzen. Diese Geräte haben es Fahrzeugen wie den Voyager-Sonden oder den Mars-Rovern ermöglicht, jahrzehntelang zu funktionieren und trotz einer schwierigen Umgebung eine stabile Energiequelle bereitzustellen. Hier geht es um die Energieversorgung der internen Schaltkreise, nicht um den Antrieb.
Der nuklear-elektrische Antrieb kombiniert hingegen einen Spaltreaktor mit einem Ionenantrieb. Der Reaktor erzeugt Strom, der dazu dient, das Treibgas elektrisch aufzuladen. Dieser Ansatz liefert eine deutlich höhere Leistung als solare Systeme, was den Transport schwererer Lasten und die Erforschung von Regionen, in denen das Sonnenlicht zu schwach ist, erleichtert. Er ebnet so den Weg für ehrgeizigere Missionen in Richtung Mars oder noch weiter.
Hall-Effekt-Triebwerke im Test auf der Edwards Air Force Base in Kalifornien, im März 2025.
Bildnachweis: U.S. Space Force Foto von AFRL
Die Verwendung von Kernmaterialien im Weltraum erfordert sehr strenge Sicherheitsmaßnahmen. RTGs sind beispielsweise in widerstandsfähige Materialien wie Graphit und Iridium eingeschlossen, um die Risiken im Falle eines Zwischenfalls zu verringern. Trotz einiger in der Vergangenheit geäußerter Bedenken, beispielsweise beim Start der Cassini-Huygens-Sonde, die diese Technologie nutzte, sind die mit diesen Generatoren ausgestatteten Missionen bislang ohne Zwischenfälle verlaufen.
Die Tests mit nuklear-elektrischem Antrieb begannen bereits 1965 mit dem experimentellen Satelliten SNAP-10A, der bis heute der einzige gestartete Weltraumreaktor ist. Nach der Aufgabe mehrerer späterer Projekte belebt die NASA diese Technologie nun mit der SR-1 Freedom wieder. Wenn die technischen Hindernisse überwunden werden, könnte diese Initiative schnellere und effizientere Reisen ermöglichen und die Weltraumforschung in den kommenden Jahren und Jahrzehnten tiefgreifend verändern.
Quelle: NASA