Wir brauchen leistungsstärkere Nuklearmotoren, um weiter und schneller in den Weltraum vordringen zu können

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Vergangenes Jahr, Reisender 2 brach schließlich in den interstellaren Raum ein, nachdem er mehr als gereist war 11,2 Mrd Meilen. Diese epische Mission wurde durch Kernkraft ermöglicht, die Technologie, die Raumfahrzeuge seit Jahrzehnten antreibt.

Raumfahrzeuge wie das Voyager-Paar werden mit thermoelektrischen Radioisotopgeneratoren oder RTGs betrieben. Diese Motoren beruhen darauf, dass radioaktive Stoffe beim Zerfall Wärme freisetzen. Durch die Umwandlung der durch den Zerfall von Plutonium-238 (P-238) erzeugten Wärme in Strom können Raumfahrzeuge weiterfliegen, lange nachdem die Sonnenstrahlen ein entfernter Schimmer sind.

Aber RTGs schränken uns auch ein. Wenn wir Raumfahrzeuge – oder Menschen – weiter, schneller und öfter schicken wollen, können wir uns nicht immer auf die gleichen jahrzehntealten Nukleartechnologien verlassen. Wie können wir unsere Reichweite erweitern?

Was gerade passiert

Unser Vorrat an Plutonium-238 geht zur Neige. Die ursprüngliche Charge wurde in den USA als Nebenprodukt bei der Herstellung von waffenfähigem Plutonium-239 während des Kalten Krieges hergestellt. Um weiter zu forschen, braucht die NASA viel mehr.

Das Oak Ridge National Lab übernahm 2012 die Aufgabe, es herzustellen. Es war ein langsamer manueller Prozess, um auch nur ein paar Gramm herzustellen. Aber letzten Monat, Forscher bei Oak Ridge angekündigt Sie hatten endlich eine Möglichkeit entwickelt, die Produktion von Neptunium- und Aluminiumpellets, die für die Herstellung von P-238 benötigt werden, zu automatisieren und zu skalieren. Die Pellets werden in kostbares P-238 umgewandelt, indem sie gepresst und in Aluminiumrohre eingeschlossen und in einem Reaktor bestrahlt werden.

Die Herstellung dieser Pellets war der größte Engpass in diesem Prozess, und es erforderte viel Experimentieren, Menschen aus der Gleichung herauszunehmen. Bei vielen nuklearen Arbeiten heißt es kochen und schauen, sagt Programmmanager Bob Wham. Sie entwerfen es und legen viele Sicherheitsfaktoren in das Design; Hol es raus; und sehen Sie, ob es so funktioniert, wie Sie es erwartet haben. Nach Jahren der Arbeit an der Automatisierung des Messens und Herstellens hat es funktioniert.

Das Labor stellt jetzt 50 Gramm P-238 pro Jahr her, erwartet aber bald bis zu 400 Gramm pro Jahr. Es prognostiziert, dass es das Jahresziel der NASA von 1,5 kg innerhalb von zwei Jahren erreichen kann. Je mehr P-238 wir haben, desto mehr Missionen können wir in den Weltraum schicken.

Kleine Schritte

Die NASA hat auch untersucht, effizientere RTGs herzustellen, die als eMMRTGs oder verbesserte Multi-Mission-RTGs bezeichnet werden. Aber um wirklich einen größeren Schritt nach vorne zu machen, müssen wir uns etwas Neues anschauen. Irgendwann werden wir Systeme mit höherer Leistung brauchen. Nur die Kernspaltung kann das in jedem kurzfristigen Szenario liefern, sagt David Poston, Forscher am Los Alamos National Laboratory.

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Eingeben Kiloleistung .

Poston ist der Chef-Reaktordesigner von Kilopower, einem Prototyp eines Kernspaltungsreaktors der NASA erfolgreich getestet vergangenes Jahr. Es könnte im Laufe langer Missionen Energie liefern, möglicherweise sogar für menschliche planetare Außenposten. Wir haben es so entwickelt, dass es machbar ist, indem wir die Dinge vereinfacht haben, sagt Poston. Wir hatten in den letzten 30 Jahren viele Weltraumreaktorprogramme, aber sie sind alle gescheitert. Vor allem, weil sie zu teuer wurden. Kilopower hat derzeit eine Leistung von 4 Kilowatt, aber die Forscher hoffen, 10 kW zu erreichen.

Riesensprünge

Es gibt seit einiger Zeit einige zukunftsweisende nukleare Ideen, einschließlich der Detonation von Atombomben auf der Rückseite von Raumfahrzeugen in sogenannten Atombomben Nuklearer Impulsantrieb (damit können Sie vielleicht ein paar praktische Probleme erkennen). Aber einige Leute arbeiten immer noch daran, einige ebenso verrückte Ideen Wirklichkeit werden zu lassen.

Eines dieser Teams ist bei Princeton Satellite Systems, das versucht, Megawatt Leistung durch Fusion zu erzeugen. Ja, wir sind von Watt zu Kilowatt zu Megawatt gegangen. Sie sind wahrscheinlich mit Fusion vertraut – sie geschieht dank unserer Sonne jeden Tag am Himmel. Die Fusion erzeugt ein Vielfaches der Energiemenge, die die Spaltung erzeugt, aber sie ist schwer zu kontrollieren.

Princeton Satellite Systems entwickelt eine direkter Fusionsantrieb , das Magnetfelder nutzt, um Strom im Plasma zu erzeugen und dieses auf bis zu 1 Milliarde °C zu erhitzen. Das Team sagt, dass der Schub, den die Maschine in Minivan-Größe (theoretisch) erzeugen würde, die Reisezeiten zwischen den Sonnensystemen um mehr als die Hälfte verkürzen würde (Reisen zum Pluto würden etwa vier statt neun Jahre dauern), wobei Energie übrig wäre.

Oak Ridge National Laboratory, US-Energieministerium

Wenn Sie dort ankommen, können Sie viele wirklich coole Experimente durchführen, wenn Sie Strom haben, sagt der Physiker der Firma, Charles Swanson. Eines der coolsten Dinge Kassini tat sind Radarbilder des Saturnmondes Titan. Aber Radar ist leistungshungrig und war begrenzt. Ein Megawatt Leistung macht Optionen frei.

Das Unternehmen hat eine Bootsladung an Finanzmitteln von der NASA und dem US-Energieministerium erhalten, also sieht es so aus, als ob jemand glaubt, dass dieser Mondschuss funktionieren könnte. Aber seien wir ehrlich: Es wird nicht so schnell passieren – oder nicht einmal zu unseren Lebzeiten. Die Fusion steckt hier auf der Erde noch in den Anfängen der Forschung.

Trotzdem macht es Spaß, sich vorzustellen, was es möglich machen könnte. Es könnten der Sprung sein, den wir brauchen, um unsere Reisen zu den äußeren Planeten und darüber hinaus zu beschleunigen.

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