Neuartige Antriebsideen für die Fortbewegung im Weltraum scheinen in letzter Zeit wie Sand am Meer zu sein. Neben dem typischen Streit zwischen Sonnensegeln und chemischem Antrieb liegt ein möglicher dritter Weg – ein Atomraketentriebwerk. Während wir sie hier bei UT bereits besprochen haben, hat das Institute of Advanced Concepts der NASA einem Unternehmen namens Positron Dynamics einen Zuschuss für die Entwicklung eines neuartigen Typs von Kernspaltungsfragmentraketentriebwerk (FFRE) gewährt. Es könnte das Gleichgewicht zwischen der Pferdestärke chemischer Motoren und der Langlebigkeit von Sonnensegeln herstellen.
FFREs sind an sich kein neues Konzept, aber viele müssen massive technische Hürden überwinden, bevor sie als nützlich erachtet werden können. Ihren Vorteilen, wie einem hohen spezifischen Impuls und einer extrem hohen Leistungsdichte, stehen ihre Nachteile gegenüber, wie beispielsweise die Notwendigkeit einer komplizierten Form der Plasmaschwebetechnik.
Positron Dynamics hofft, dieses Gleichgewicht durch die Nutzung zweier separater Durchbrüche, die aus anderen Forschungsbereichen stammen, zu verbessern. Der erste neuartige Ansatz wäre, das spaltbare Material in ein ultraleichtes Aerogel zu packen. Die zweite wäre die Implementierung eines supraleitenden Magneten, um diese Spaltteilchen einzuschließen.
Hier ist ein hochrangiger Überblick über die Funktionsweise von FFRE, dank eines Professors aus Finnland. Bildnachweis: TVIW YouTube-Kanal
FFREs nutzen im Wesentlichen den gleichen nuklearen Prozess, der energieerzeugende Kernkraftwerke auf der Erde antreibt. Sie erzeugen aber nicht nur Strom, sondern auch Schub, und zwar sehr viel Schub. Es ist jedoch nicht praktikabel, einen ganzen Barren Uranbrennstoff, wie er in Spaltreaktoren hier auf der Erde verwendet wird, in den Weltraum zu schicken.
Das Einbetten des Brennstoffs selbst in eine der leichtesten bekannten menschlichen Substanzen löst dieses Problem. Aerogele sind außergewöhnlich luftige Materialien, die ätherisch aussehen, wenn jemand sie hält, wie sie im obigen Hauptbild zu sehen sind. Das Einbetten von Brennstoffpartikeln für die Spaltungsreaktion in sie wäre eine bequeme Möglichkeit, den Brennstoff zusammenzuhalten und gleichzeitig zu ermöglichen, dass die Gesamtstruktur leicht genug ist, um in die Umlaufbahn gehoben zu werden.
Die Struktur der Aerogele selbst würde jedoch nicht viel dazu beitragen, die Spaltfragmente einzudämmen, wenn sie auseinanderbrechen. Dazu wäre eine massive äußere Kraft erforderlich, und hier kommt der supraleitende Magnet ins Spiel.
UT-Video zu den Vorteilen des Kernantriebs.
Supraleitende Magnete werden typischerweise in experimentellen Fusionsanlagen verwendet, wo sie verwendet werden, um das Plasma zu enthalten, das zum Erhitzen des Fusionsbrennstoffs benötigt wird, das aber ansonsten jedes normale Material zerstören würde. Angesichts all des Interesses an der Fusionsforschung in letzter Zeit haben auch Hochleistungsmagnete zusätzliche Forschungsaufmerksamkeit erhalten.
Das Hinzufügen eines zu einem FFRE würde es Ingenieuren ermöglichen, die Spaltfragmente alle in die gleiche Richtung zu lenken und sie effektiv in einen Schubvektor umzuwandeln. Es hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Fragmente auch keine anderen Teile des Motors zerstören können.
Bisher ist das alles sehr theoretisch, denn es gibt noch jede Menge Hürden zu überwinden. Aber genau dafür ist NIAC da – Projekte in der Frühphase zu finanzieren und zu versuchen, Risiken zu mindern. Vielleicht werden FFREs eines Tages in der Lage sein, den optimalen Punkt an Geschwindigkeit und Treibstoffeffizienz zu erreichen, von dem so viele Raketenwissenschaftler träumen.