thermisch nuklearer Antrieb (NASA/DARPA-Draco)

NASA und DARPA testen Nuklearantrieb für künftige Marsmissionen.

Die NASA und die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) kündigten am 24.01.2023 eine Zusammenarbeit zur Demonstration eines nuklearen thermischen Raketentriebwerks im Weltraum an, das die Voraussetzungen für NASA-Missionen mit Besatzung zum Mars schafft.
Die NASA wird mit ihrem langjährigen Partner DARPA zusammenarbeiten, um bis 2027 eine fortschrittliche thermische Kernantriebstechnologie zu entwickeln und zu demonstrieren.
In einem nuklearen thermischen Raketentriebwerk wird ein Spaltreaktor verwendet, um extrem hohe Temperaturen zu erzeugen. Das Triebwerk überträgt die vom Reaktor erzeugte Wärme auf einen Flüssigtreibstoff, der expandiert und durch eine Düse ausgestoßen wird, um das Raumfahrzeug anzutreiben. Thermische Nuklearraketen können drei oder mehr Mal so effizient sein wie herkömmliche chemische Antriebe.

Die NASA und die DARPA werden im Rahmen des Programms DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations) zusammenarbeiten. Die nicht erstattungsfähige Vereinbarung, die beiden Behörden zugute kommen soll, umreißt Rollen, Verantwortlichkeiten und Prozesse, die darauf abzielen, die Entwicklungsbemühungen zu beschleunigen.
Quelle:
https://www.nasa.gov/press-release/nasa-darpa-will-test-nuclear-engine-for-future-mars-missions

Beste Grüße Gertrud

Und das Ganze innerhalb von 4 - 5 Jahren?

Aber möglicherweise bestehen ja schon erhebliche Vorarbeiten, auf denen aufgebaut wird.
Schließlich bestehen solche Pläne schon recht lange.

https://www.space.com/nasa-darpa-nuclear-thermal-rocket-2027

Endlich!!!! 

Eine wirklich gute Nachricht! Auch wenn nuklear – thermisch mit rund 900 bis 1000 s ISP nicht gerade der berauschendste Antrieb ist (verglichen mit Direct Fusion z.B.), aber aufgrund der relativen Einfachheit und der Vorarbeiten mit dem NERVA Projekt ist es wohl das Konzept, das für die nähere Zukunft die besten Chancen bietet. Vielleicht sind bei dem Antrieb die politischen und gesellschaftlichen Probleme schwerer zu lösen als die technischen (zumindest bei Solid – Core).
Aber wenigstens gibt es bald wieder neue Entwicklungen, die die Lücke zwischen elektrisch und chemisch schließen könnten.

https://de.wikipedia.org/wiki/Antriebsmethoden_f%C3%BCr_die_Raumfahrt#Festkernreaktor

Ja habe ich und es ist das gleiche Prinzip wie 1972, halt ein nuklear thermischer Antrieb. Allein für die Entwicklungskosten kann man einen Haufen chemischer Rajeten bauen so dass man am Ende nichts spart. In dem Artikel steht auch nicht viel drin. Wie heiss soll zum Beispiel der Raktor sein ? Damit sich das ganze lohnt muss der Reaktor wesentilich heisser sein als normale Kernkraftwerke. Damals kam man auf eine Nutzlaststeigerung von vielleicht 30% mit einem 2800 Grad Reaktor.

Micha

Der "verärgerte Astronaut" hat mal wieder flott reagiert und wie immer ein Video zu seiner persönlichen Meinung gedreht:

Der "verärgerte Astronaut" hat mal wieder flott reagiert und wie immer ein Video zu seiner persönlichen Meinung gedreht:

MSFC-Grafiken von 1970:





Wie sich die Bilder gleichen. Ich hoffe ja, dass man von den Spaltreaktorantrieben endlich mal ablässt. Unser Sonnensystem mit streunenden Reaktorleichen zu bevölkern scheint mir abseitig.

Gruß   Pirx

Der "verärgerte Astronaut" hat mal wieder flott reagiert und wie immer ein Video zu seiner persönlichen Meinung gedreht:...

Und welche Meinung hat er?

Gruß  Pirx

Was ist den mit Gaskern Reaktoren ?

Micha

Was ist den mit Gaskern Reaktoren ?

Micha

keine Ahnung ...

Aus dem Press - Release für DRACO würde ich zwischen den Zeilen entnehmen, dass es sich dabei um einen Festkern- Reaktor handelt:

"NASA and DOE are working another commercial design effort to advance higher temperature fission fuels and reactor designs as part of a nuclear thermal propulsion engine. These design efforts are still under development to support a longer-range goal for increased engine performance and will not be used for the DRACO engine.

Quelle:
https://www.nasa.gov/press-release/nasa-darpa-will-test-nuclear-engine-for-future-mars-missions

Macht auch Sinn: Wenn man bis 2027 was im Orbit haben möchte, ist es natürlich sinnvoll eine Technologie zu verwenden mit der man (auch wenn es schon lange her ist) schon Erfahrung hat. Soweit ich weiß, wurde ein Gaskern- Reaktor noch nie als Prototyp gebaut.

Ein mMn sehr interessantes und fachlich fundiertes Video über nuklear- thermische und nuklear- elektrische Antriebe. Es geht dabei um die erreichbaren ISPs, mögliche Stützmassen für beide Antriebsarten und warum man bei NTH um H2 wohl nicht herum kommt.

Macht auch Sinn: Wenn man bis 2027 was im Orbit haben möchte, ist es natürlich sinnvoll eine Technologie zu verwenden mit der man (auch wenn es schon lange her ist) schon Erfahrung hat. Soweit ich weiß, wurde ein Gaskern- Reaktor noch nie als Prototyp gebaut.

Bis 2027 hätte das nicht mal Kennedy geschafft, no way. Wie lange wird an der SLS nun rumgeschraubt und ein Festkern Reaktor Antrieb bringt vielleicht 30% mehr Nutzlast da kann man fürs gleiche Geld auch einfach ne größere Rakete bauen und spart sich die ganzen Entwicklungskosten und Umweltschützer die einem aufs Dach steigen. Die haben sich ja schon aufgeregt wegen dem bischen Plutonium im RTG diverser Sonden. Spricht der Weltraumvertrag nicht auch gegen Atomkraft im All?

Micha

Bis 2027 hätte das nicht mal Kennedy geschafft, no way.

Bei NERVA hat man schon 20 Reaktoren gebaut und getestet. Wie es geht, weiß man also.

... und ein Festkern Reaktor Antrieb bringt vielleicht 30% mehr Nutzlast da kann man fürs gleiche Geld auch einfach ne größere Rakete bauen

Erstens: ISP von über 900 vs. ISP von 450 macht einen 100% effizienteren Antrieb. Ist schon bisschen mehr als 30 % ...

Zweitens: Das mit dem einfach größer bauen haut so einfach nicht hin, wurde im Forum schon zig mal erklärt -> scheitert an der Raketengrundgleichung

Spricht der Weltraumvertrag nicht auch gegen Atomkraft im All?

Glaub ich nicht, ging mMn um Waffen. Cassini, Curi usw. haben ja auch "Atomkraft" an Board.

Laut Ingeniere.de soll die Reisedauer auf 45 Tage verkürzt werden.

https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/raumfahrt/will-nasa-mit-atomkraft-zum-mars-fliegen/

Das ist denke ich nicht durchdacht, denn der Wirkungsrad wird ja nicht um 400% gesteigert und dann muss am Ziel noch abgebremst werden.

Normalerweise lese ich im stillen, muss mich jetzt aber melden.
Prix schreibt "Ich hoffe ja, dass man von den Spaltreaktorantrieben endlich mal ablässt. Unser Sonnensystem mit streunenden Reaktorleichen zu bevölkern scheint mir abseitig." (Kein Angriff! nur meine Meinung)
Zu Potentiell tödlicher Kosmischer kommt potentiell tödliche lokal Atomare?. (Die vermutlich auch noch verglüht)
Ohne Atom (Aktuell verfügbar) oder Fusion (noch ein Traum) geht die Menschheit auf diesem schönen blauen Klumpen drauf.
Bitte mehr Atom in der Raumfahrt, egal ob Orbital beschafft, oder Terrestrisch gestartet.
Die Spaltung kann man auch erst oben anwerfen, das Material in Keramik/Titanstahl XYZ sicheren Behältern hochschaffen.
Was ich hier vermisse, was ist aus dem Abkommen geworden ? keine Tests Atomar im All ?

Laut Ingeniere.de soll die Reisedauer auf 45 Tage verkürzt werden.

https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/raumfahrt/will-nasa-mit-atomkraft-zum-mars-fliegen/

Das ist denke ich nicht durchdacht, denn der Wirkungsrad wird ja nicht um 400% gesteigert und dann muss am Ziel noch abgebremst werden.

Ist es auch nicht, der Artikel ist entsprechend vorsichtig:

"Es ist zwar noch nicht klar, wie lange ein Flug von der Erde zum Mars mit einem Nuklear-Antrieb dauern würde, aber einige Medien haben bereits eine voraussichtliche Flugdauer genannt: 45 Tage."

Ich kann mich an ein Paper (das ich nun natürlich mal wieder nicht finde, das ist das Leidige an den PDFs) erinnern, das für eine nuklear - thermische / nuklear - elektrische Variante auf ca. 90 Tage gekommen sind, das dürfte eher im Bereich des Möglichen liegen und wäre immer noch eine satte Halbierung der Reisezeit (was mit doppeltem ISP und der "kaskadierenden" Treibstoffersparnis aber hinkommen könnte).

...
Ohne Atom (Aktuell verfügbar) oder Fusion (noch ein Traum) geht die Menschheit auf diesem schönen blauen Klumpen drauf.

Meinst du wirklich, wenn ein paar Leute mit Fusionsantrieb (NUKULAR Antrieb) entkommen, dass damit die Probleme der Menschheit gelöst werden?

Mal eine Frage, warum soll man nur H2 durch den Reaktor jagen und damit einen hohen ISP zu produzieren.
Kann man nicht auch CH4/LOX brennen und dann noch mit dem Reaktor weiter beschleunigen?

Ich denke, da ist doch noch an Volumen der "Abgase" was zu erhöhen.
Kann natürlich auch sein, dass das so einem Reaktor nicht wirklich gefällt.

Das dürfte keinen sinn machen, denn die Temperatur ist von den Werkstoffen begrenzt.
Die Temperatur, die aus der Verbrennung gewonnen wird kann auch direkt vom Reaktor kommen.
Wasserstoff ist vom Wirkungsgrad besser als alles andere.

Zitat von: markus am 31. Januar 2023, 15:34:39

...
Ohne Atom (Aktuell verfügbar) oder Fusion (noch ein Traum) geht die Menschheit auf diesem schönen blauen Klumpen drauf.

Meinst du wirklich, wenn ein paar Leute mit Fusionsantrieb (NUKULAR Antrieb) entkommen, dass damit die Probleme der Menschheit gelöst werden?

Eher auf lange Sicht & Fortschritt bezogen, nicht auf kurzfristige Flucht. Chemisch ist eine Sackgasse.
Leider wurden die meisten so indoktriniert, das Atom grundsätzlich der Teufel in Person ist.

Grüße

Leider wurden die meisten so indoktriniert, das Atom grundsätzlich der Teufel in Person ist.

Asbest ist auch ein super Material, mit dem man viele tolle Dinge machen könnte ... leider ist er nicht so gut mit Menschen kompatibel und wird daher nicht mehr verwendet. Mit Atomkraft ist es ähnlich. Man kann sich viele tolle Dinge damit überlegen, man muss nur den Menschen davon fernhalten. Und zwar dauerhaft.

We mal sehen möchte, wie eine Anwendung für eine Mars- Mission aussehen könnte, den möchte ich (mal wieder) auf die schönen Videos von Fragomatik verweisen. Sie sind für mich so wertvoll, weil sie keine Fantasiegebilde sind sondern auf realen Konzepten basieren. Unter jedem Video finden sich immer die Links auf die jeweiligen Papers (meistens der NASA).

In dem Film geht es um die "A.C. Clarke, a Nuclear-Thermal Piloted Mars Transfer Vehicle"

Based on Publication AIAA-2014-3623
Conventional and Bimodal Nuclear Thermal Rocket NTR Artificial Gravity Mars Transfer Vehicle Concep

Hier der Link auf das PDF (ganz unten links auf der Seite):

https://ntrs.nasa.gov/citations/20140017461

Ich möchte hier auch noch kurz von der Fragomatik Youtube Seite zitieren, weil es ja schon eine Diskussion um die Machbarkeit in 4 bis 5 Jahren gab:

"During the Rover / NERVA programs 1955-1972, a technology readiness level TRL~5-6 was achieved.

Twenty rocket reactors were designed, built and ground tested in integrated reactor/engine tests that demonstrated:

1. A wide range of thrust levels ~25, 50, 75 and 250 klb
2. High temperature carbide-based nuclear fuels that provided hydrogen exhaust temperatures up to 2550 K achieved in Pewee
3. Sustained engine operation - over 62 minutes for a single burn achieved in the NRX-A6, as well as...
4. Accumulated lifetime at full-power, and...
5. Restart capability greater than 2 hours, with 28 startup and shutdown cycles achieved in the NRX-XE experimental engine"

Man fängt hier also keineswegs bei Null an, somit halte ich die 5 Jahre (die entsprechenden Resourcen vorausgesetzt) nicht für so unrealistisch.

Zum Thema hier die aktuelle NASA-Präsentation aus dem NAC HEO Meeting:

https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/calomino_nuclear_v2.pdf

Und hier ein NBC-Video dazu, u.a. mit historischen Rückblick und Demonstration des Arbeitsprinzips.

Der geplante Starttermin eines Testtriebwerkes wurde jetzt auf "ende 2025/anfang 2026" vorgezogen.

https://www.space.com/nasa-darpa-nuclear-thermal-rocket-draco-2026

Das Testobjekt ist relativ klein und leicht und könnte z.B. auch mit einer F9 oder Vulcan Centauer starten.
Stationiert wird es dann in einer recht hohen Umlaufbahen von 700 km - 2.000 km wodurch es nach einem Ausfall etwa 300 Jahre dauern würde bis es von alleine in die dickere Erdatmosphäre eintaucht.
Aktiviert wird das thermonukleare Triebwerk erst nach Erreichen des hohen Orbits.

Darüberhinaus wird auch getestet wie gut der flüssige Wasserstoff, etwa 2.000 kg werden mitgeführt, über längere Zeit tiefgekühlt werden kann. Dies ist auch der zeitlich begrenzende Faktor des ganzen Experimentes, welches mehrere Monate dauern soll.

Gebaut wird das Ganze übrigens von Lockheed Martin (Raketensystem) und BWXT (Nuklearreaktor und Uranium) und mit 499 Mill. $ zu gleichen Teilen finanziert von der NASA und der DARPA.
Die Vorrichtung ist nicht mehr als ein "fliegender Teststand" mit einem spezifischem Impuls von 700 sec Dies ist zwar wesentlich höher als der beste chemische Antrieb, aber noch deutlich unter den angestrebten 850 - 900 sec
Der Test gilt hauptsächlich dem Reaktor (und dem tiefgekühltem Wasserstoff) mit seinem noch nicht im All getestetem HALEU-"Treibstoff" (high-assay low-enriched Uranium). Das Triebwerk selbst soll zwar arbeiten, aber keine wesentliche Beschleunigung erreichen. Auch ein erneutes Betanken mit tiefgekühltem Wasserstoff wird nicht ausgeschlossen.

https://spacenews.com/nasa-and-darpa-select-lockheed-martin-to-develop-draco-nuclear-propulsion-demo