Mit Blick auf die Zukunft der bemannten Weltraumforschung ist der NASA und anderen Weltraumagenturen klar, dass bestimmte technologische Anforderungen erfüllt werden müssen. Es wird nicht nur eine neue Generation von Trägerraketen und Raumkapseln benötigt (wie die SLS und Orion Raumfahrzeuge), aber neue Formen der Energieerzeugung sind erforderlich, um sicherzustellen, dass Langzeitmissionen zum Mond, zum Mars und zu anderen Orten im Sonnensystem stattfinden können.
Eine Möglichkeit, die diese Probleme angeht, ist Kilopower, ein leichtes Spaltkraftsystem, das Robotermissionen, Stützpunkte und Erkundungsmissionen antreiben kann. In Zusammenarbeit mit der National Nuclear Security Administration (NNSA) des Energieministeriums führte die NASA kürzlich eine erfolgreiche Demonstration eines neuen Kernreaktor-Stromversorgungssystems durch, das langfristige Missionen mit Besatzung zum Mond, zum Mars und darüber hinaus ermöglichen könnte.
Bekannt als der Kilopower-Reaktor mit KRUSTY-Experiment (Stirling Technology), wurde die Technologie kürzlich auf einer Pressekonferenz am Mittwoch, dem 2. Mai, im Glenn Research Center der NASA vorgestellt. Laut NASA kann dieses Stromversorgungssystem bis zu 10 Kilowatt Strom erzeugen - genug Strom für zehn Jahre ununterbrochen in mehreren Haushalten oder ein Außenposten auf dem Mond oder dem Mars.
Wie Jim Reuter, stellvertretender Administrator der NASA für das Space Technology Mission Directorate (STMD), in einer kürzlich veröffentlichten Pressemitteilung der NASA erklärte:
„Sichere, effiziente und reichlich vorhandene Energie wird der Schlüssel für die zukünftige Erforschung von Robotern und Menschen sein. Ich gehe davon aus, dass das Kilopower-Projekt ein wesentlicher Bestandteil der Mond- und Mars-Energiearchitekturen sein wird, wenn sie sich weiterentwickeln. “
Das Prototyp-Stromversorgungssystem verwendet einen kleinen Reaktorkern aus festem Uran-235 und passive Natriumwärmeleitungen, um die Reaktorwärme an hocheffiziente Stirlingmotoren zu übertragen, die die Wärme in Elektrizität umwandeln. Dieses Stromversorgungssystem eignet sich ideal für Orte wie den Mond, an denen die Stromerzeugung mit Solaranlagen schwierig ist, da Mondnächte 14 Tagen auf der Erde entsprechen.
Darüber hinaus beinhalten viele Pläne zur Monderkundung den Bau von Außenposten in den permanent beschatteten Polarregionen oder in stabilen unterirdischen Lavaröhren. Auf dem Mars gibt es reichlich Sonnenschein, der jedoch dem Tageszyklus und dem Wetter des Planeten unterliegt (z. B. Staubstürme). Diese Technologie könnte daher eine stetige Stromversorgung gewährleisten, die nicht von intermittierenden Quellen wie Sonnenlicht abhängig ist. Marc Gibson, der leitende Kilopower-Ingenieur bei Glenn, sagte:
„Kilopower gibt uns die Möglichkeit, Missionen mit viel höherer Leistung durchzuführen und die schattigen Krater des Mondes zu erkunden. Wenn wir Astronauten für längere Aufenthalte auf dem Mond und zu anderen Planeten schicken, wird dies eine neue Kraftklasse erfordern, die wir noch nie zuvor gebraucht haben. "
Das Kilopower-Experiment wurde zwischen November und März 2017 am Nevada National Security Site (NNSS) der NNSA durchgeführt. Neben dem Nachweis, dass das System Strom durch Spaltung erzeugen kann, sollte das Experiment auch zeigen, dass es stabil und sicher ist in jeder Umgebung. Aus diesem Grund führt das Kilopower-Team das Experiment in vier Phasen durch.
Die ersten beiden Phasen, die ohne Strom durchgeführt wurden, bestätigten, dass jede Komponente im System ordnungsgemäß funktionierte. In der dritten Phase erhöhte das Team die Leistung, um den Kern langsam zu erwärmen, bevor es zur vierten Phase überging, die aus einem 28-stündigen Testlauf mit voller Leistung bestand. Diese Phase simulierte alle Phasen einer Mission, einschließlich eines Reaktorstarts, eines Hochlaufs auf volle Leistung, eines stabilen Betriebs und eines Herunterfahrens.
Während des gesamten Experiments simulierte das Team verschiedene Systemausfälle, um sicherzustellen, dass das System weiter funktioniert. Dazu gehörten Leistungsreduzierungen, ausgefallene Motoren und ausgefallene Wärmerohre. Während der gesamten Zeit lieferte der KRUSTY-Generator weiterhin Strom und bewies, dass er alles aushalten kann, was die Weltraumforschung auf ihn wirft. Wie Gibson anzeigte:
„Wir haben das System auf Herz und Nieren geprüft. Wir verstehen den Reaktor sehr gut und dieser Test hat gezeigt, dass das System so funktioniert, wie wir es entworfen haben. Egal welcher Umgebung wir es aussetzen, der Reaktor arbeitet sehr gut. “
Mit Blick auf die Zukunft wird das Kilopower-Projekt Teil des GCD-Programms (Game Changing Development) der NASA bleiben. Als Teil des Space Technology Mission Directorate (STMD) der NASA ist es das Ziel dieses Programms, Weltraumtechnologien voranzutreiben, die zu völlig neuen Ansätzen für die zukünftigen Weltraummissionen der Agentur führen können. Schließlich hofft das Team, bis 2020 den Übergang zum Programm Technology Demonstration Mission (TDM) zu schaffen.
Wenn alles gut geht, könnte der KRUSTY-Reaktor dauerhafte menschliche Außenposten auf dem Mond und dem Mars ermöglichen. Es könnte auch Missionen unterstützen, die auf In-situ-Ressourcennutzung (In-situ Resource Utilization, ISRU) zur Herstellung von Hydrazinkraftstoff aus lokalen Wassereisquellen und Baumaterialien aus lokalem Regolith beruhen.
Wenn Robotermissionen auf dem Mond montiert werden, um 3D-Druckbasen aus lokalem Regolith zu drucken, und Astronauten regelmäßig zum Mond reisen, um Forschungen und Experimente durchzuführen (wie sie es heute zur Internationalen Raumstation tun), könnten es KRUSTY-Reaktoren sein die ihnen alle ihre Energiebedürfnisse zur Verfügung stellen. In einigen Jahrzehnten könnte dies auch für den Mars und sogar für Orte im äußeren Sonnensystem gelten.
Dieses Reaktorsystem könnte auch den Weg für Raketen ebnen, die auf nuklearthermischen oder nuklearelektrischen Antrieben basieren, und Missionen jenseits der Erde ermöglichen, die sowohl schneller als auch kostengünstiger sind!
Und genießen Sie dieses Video des GCD-Programms mit freundlicher Genehmigung der NASA 360:
