Reaktorkonzept für die Raumfahrt getestet

Ein Team von Ingenieuren der NASA und des Los Alamos National Laboratory (LANL) hat erfolgreich ein Konzept für einen kompakten Kernreaktor demonstriert, bei dem ein Wärmerohr (Heatpipe) den Reaktor kühlt und einen Stirlingmotor antreibt. Dieses System hat nach Ansicht der Forscher großes Potenzial als Energiequelle für Raummissionen. “Ein kleines, einfaches, leichtgewichtiges Fissionsenergiesystem könnte neue und verbesserte Möglichkeiten für die Raumfahrt und Weltraumforschung schaffen”, erklärt LANL-Projektleiter Patrick McClure.

Alte Teile, neue Kombination

Eine Heatpipe ist ein geschlossenes Rohr, das Wärme effizient und ohne bewegliche Teile übertragen kann – ein Prinzip, das seit den 1960er Jahren in der Raumfahrt relevant ist. Ein Stirlingmotor wiederum ist eine einfache Wärmekraftmaschine, die auf das frühe 19. Jahrhundert zurückgeht. Doch diese beiden Geräte ergeben in Kombination ein einfaches, zuverlässiges System, um Energie aus einem Uran-Fissionsreaktor in nutzbaren Strom umzuwandeln.

Bei einem aktuellen Using Flattop Fissions (DUFF) genannten Experiment konnten so 24 Watt Leistung erzeugt werden – und das Prinzip ist auf die Raumfahrt übertragbar. “Die nuklearen Charakteristiken und das Wärmekraft-Niveau des Experiments sind unserem Raumflug-Reaktorkonzept bemerkenswert ähnlich”, so der LANL-Ingenieur David Poston. Der wichtigste Unterschied sei, dass ein System für Raumflüge eine höhere Eingangstemperatur für den Stirlingmotor erfordert, um die nötige Effizienz und Ausgangsleistung zu erreichen. Doch gibt sich das Team zuversichtlich, was das Potenzial des Ansatzes betrifft.

Energie wird massig freigesetzt

Das DUFF-Experiment ist als Konzeptdemonstration für ein einzelnes Modul, das in der Raumfahrt zum Einsatz kommen kann, gedacht. “Ein Flugsystem könnte einige Module nutzen, um etwa ein Kilowatt Strom zu erzeugen”, betont Marc Gibson, Ingenieur am NASA Glenn Research Center http://www.nasa.gov/centers/glenn . Das wäre ein Vielfaches dessen, was Raumsonden derzeit zur Verfügung steht – denn gängige Energiequellen liefern nur genug Strom, um ein bis zwei haushaltsübliche Glühbirnen zu betrieben. Mehr Strom könnte bessere Datenübertragungen ermöglichen oder dafür sorgen, dass mehr Instrumente gleichzeitig in Betrieb genommen werden können.

Experimentelle Arbeit an weltraumtauglichen Kernreaktoren ist übrigens selten. Laut LANL war DUFF das erste derartige Experiement, das auf US-Boden tatsächlich Strom produziert hat, seit fast einem halben Jahrhundert (genauer: seit 1965). Dabei waren der Zeit- und Kostenaufwand für das Experiment überraschend gering: Die Umsetzung hat weniger als sechs Monate gedauert und nicht einmal eine Mio. Dollar gekostet.