Draco: Der Nuklearantrieb für Raumfahrzeuge

Die Woche gab es eine Meldung, dass die US-Behörde Darpa zusammen mit der US-Raumfahrtbehörde NASA wieder an einem Nukleartriebwerk für Raketen entwickele. Sie sollen die Reisezeit zum Mond und zu den Planeten stark abkürzen.

Die Nachricht, die mich über nachfolgenden Tweet erreichte, hat mich dann doch arg überrascht.

Mir persönlich sind diese Konzepte seit den 70er Jahren bekannt, als ich als Ingenierstudent interessehalber einen Blick auf das Thema Triebwerkstechnik geworfen habe. Bei einem Nukleartriebwerk wird Wasserstoff mittels einem Kernreaktors auf 3000 Grad Celsius erhitzt und dann ausgestoßen. Dabei wird wie bei einem normalen Raketentriebwerk ein Rückstoß erzeugt. Da hierbei Wasserstoff und kein Verbrennungsprodukt ausgestoßen wird, ist der spezifische Impuls sehr hoch.

Der weitere Vorteil eines Nukleartriebwerks für Raketen besteht darin, dass kein Oxydator (Sauerstoff) mitgeführt werden muss, was Gewicht spart. Die Energie kommt aus einem Nuklearreaktor, der das Treibgas erhitzt und die Gase auf höhere Austrittsgeschwindigkeiten als bei chemischen Antrieben bringen kann. Dadurch können die Raumfahrtzeuge mit solchen Antrieben theoretisch höhere Geschwindkeiten als mit chemischen Raketenantrieben erreichen.

Diesem Vorteil stehen aber andererseits gravierende Nachteile gegenüber. Einen Reaktor für einen Nuklearantrieb in einer Rakete zu betreiben, ist kein "Pappenstiel" – die technischen Herausforderungen sind immens. Der Nuklearantrieb wird bisher auch nur für die Oberstufe, die im Weltraum arbeitet, konzipiert. In den siebziger Jahren kam dann noch die Erkenntnis hinzu, dass ein Verlust der Trägerrakete eine radiaktive Verseuchung auf der Erde verursachen würde.

Bernd Leitenberger hat hier eine schöne Darstellung der Technologie mit Diskussion der Herausforderungen veröffentlicht, so dass ich mir die Erläuterungen sparen kann. Zitat aus diesem Artikel:

Es gab mal Zeiten in denen man Kernenergie als die Lösung der Energieprobleme ansah, bevor man durch Harrisburg und Tschernobyl auch auf die Gefahren dieser Technologie hingewiesen wurde.

Die bisherigen Entwicklungen

In den USA wurden solche Geräte im Rahmen der Projekte NERVA und Timberwind untersucht. Der US-amerikanische Satellit Snapshot nutzte 1965 erstmals einen Kernreaktor, um damit ein Ionentriebwerk zu betreiben.

Meines Wissens wurden alle bisherigen Projekte aber von der NASA wieder eingestellt (NEVA 1972, Timberwind 1992). Die Technologie war wohl nicht wirklich beherrschbar, zu teuer und aus Geldmangel nicht mehr finanzierbar.

Ein neuer Anstoß

2021 gab die DARPA die Entwicklung eines Kernreaktorantriebs in Auftrag, der ab 2025 in Raumfahrzeugen zum Einsatz kommen soll. Dazu wurden wieder Aufträge an amerikanische Firmen vergeben, um neue Antriebe für Raketen um sublunaren Raum zu entwickeln. General Atomics, Blue Origin und Lockheed Martin erhielten Forschungsgelder, um bis Ende 2022 ein Kernenergieantriebssystem für ein Raumschiff zu entwickeln. Dann sollte es eine Ausschreibung geben, die in einem Testflug im Weltall im Jahr 2025 münden soll. 

Das Ganze läuft unter dem Projektnamen Draco (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations). Die NASA führt das Programm in Kooperation mit der Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa) durch. Bis 2027 soll das Triebwerk zur Verfügung stehen. Golem hat das Ganze in diesem Beitrag aufbereitet.