Nukleartechnik für die Raumfahrt

Statt an nuklearthermischen Triebwerken arbeitet man derzeit eher an nuklearelektrischen Systemen. Man verwendet also nicht den Reaktor als Triebwerk, sondern als Stromquelle, mit der man Ionentriebwerke oder Ähnliches betreibt. Die Energieeffizienz lässt dabei etwas zu wünschen übrig, aber die Treibstoffeffizienz und Lebensdauer ist deutlich größer als bei NERVA und Co.

Ein AKW an Bord eines Raumschiffs würde unmengen von Energy produzieren, aber wie kann man es kühlen?

Das wäre mit riesigen Radiatoren möglich, die Wärmestrahlung abgeben:
http://de.wikipedia.org/wiki/Radiator

Radiatoren werden auch auf  Raumschiffen, Space Shuttle, ISS etc.. eingesetzt.

Die US-Navy hat wohl auch etwas in der Entwicklungs-Pipeline, nämlich das Polywell-Projekt.

Nuklearelektrisch ist mit Sicherheit auch einfacher zu entwickeln. Das Problem ist ja einen Reaktor zu bauen der kompakt, sicher und zuverlässig ist.

Ok die Sicherheit darüber kann man diskutieren. Würde mal sagen sicher ist ein Reaktor dann wenn er bei Raketenstart selbst wenn die Rakete in der Hochatmospäre hochgeht beim Wiedereintritt kein nukleares Material an die Umgebung abgibt. Und da haben wir ja auch dann das Hauptproblem von raumgestützten Reaktoren. Um das zu verhindern ist ein aufwendiger Schutzmantel nötig der sehr massiv und damit eben sehr schwer ist.

Da sollte der Ansatzpunkt sein. Die Schutzhülle muss leichter werden als bisher. Ansonsten wird es nur mit kleineren Reaktoren im All klappen.

Der Schlüssel für weitere Exploartion im All ist nicht so sehr eine neue Antriebsform sondern eben eine leistungsstarke Energiequelle.

Da hat sich in der letzten Zeit wenig bis gar nichts getan.

Welche Alternativen gibt es bei leistungsstarker Energieversorgung im All zu nuklearen Reaktoren?

Jetzt mal ohne Fusion oder Antimaterie, sondern technisch im Moment machbar und beherrschbar.

Die US-Navy hat wohl auch etwas in der Entwicklungs-Pipeline, nämlich das Polywell-Projekt.

ähm da geht es um Fusion nicht Kernspaltung.

Ja und? Nukelar ist nuklear ...

Ok hast auch wieder recht. Obwohl es ein bischen früh ist über eine Technik zu diskutieren, die nichtmal auf der Erde effizient ist.

Wie soll da die nächsten Jahrzehnte eine Energiequelle für die Raumfahrt draus werden? 

Natürlich müsste man dabei versuchen, so viel wie möglich der Wärme zu nutzen!

Das ließe sich z.B. gut und einfach mit TEGs (ThermoElektrischeGeneratoren) realisieren, welche den Seebeckeffekt nutzen; vereinfacht gesagt ist das der umgekehrte Peltiereffekt.
Dabei ist der Wirkungsgrad umso besser, je größer der Temperaturunterschied zwischen warm und kalt ist, jedoch werdens kaum mehr als 10% werden.

mfg h-j

Hallo,

ich packe den Thread zur "Nuklearen Energieversorgung",

Allerdings rüttelt die aktuelle Katastrophe mit Sicherheit viel Menschen weltweit auf, und auch der Unfall des "schlecht konstruierten und schlecht bedienten sowjetischen Schrottreaktors" hat zu einem jahrzehntelangen weltweiten Bau- und Planungsstopp geführt, der erst in den letzten Jahren so allmählich beendet worden war. Die immensen volkswirtschaftlichen Schäden eines Reaktorunfalls sind ebenso unbestritten wie das unermessliche menschliche Leid durch Tod, Krankeit, Siechtum und Verlust der Heimat. Da kommt mit Sicherheit keine andere Energieversorgung mit, und die Befürworter der Kernenergie kommen seit zwei Wochen wahrscheinlich aus dem Fluchen nicht mehr heraus. Die Hauptargumente gegen die Nachteile der Kernenergie, "unsere Anlagen sind sicher und ein schwerster Unfall ist extrem unwahrscheinlich", wurden gerade wieder erschüttert. Ich denke, dass auch die raumflugfähigen Reaktoren um eine erneute Sicherheitsabwägung nicht herumkommen werden.

Naja das scheint mir doch eine spezifisch deutsche Perspektive zu sein. Der Reaktorunfall in Japan ist zum Glück noch in seinem Schwerpunkt auf die Anlage begrenzt. Wie gesagt, objektiv betrachtet ist die Kernkraft nicht schädlicher als Wind- oder Wasserkraft (Zahl der Opfer pro Terawattstunde). Auch Tschernobyl lässt sich gut mit anderen Industrieunfällen vergleichen (Bophal). Lassen wir die Kirche mal im Dorf.

Aber das ist eigentlich nicht Thema dieses Threads, von daher meine letzte Anmerkung zur Kernkraft generell.

Im Weltraum werden wir an der Kernkraft nicht vorbeikommen. Wer das Atom aufgibt, der nimmt der Menschheit die Möglichkeit, zu einer multiplanetaren Spezies zu werden. In chemischen Treibstoffen steckt einfach nicht genug Energie um im All im Großen Stil wirtschaftlich zu operieren, die Treibstoffmengen sind zu hoch und ggf. die Transfergeschwindigkeiten zu niedrig. Das klingt zwar jetzt arg futuristisch, ist aber die Langzeitperspektive, die viele Befürworter der bemannten Raumfahrt vor Augen haben. Es ist übrigens kein Zufall, dass Parteien, die eine Abneigung gegen die Kernkraft und andere Großprojekte hegen, nicht unbedingt Freunde der bemannten Raumfahrt sind (oder der Raumfahrt generell). Aber das geht jetzt sehr ins Politische ...

Objektiv betrachtet ist Krieg gut für die Wirtschaft.

Die Nutzung von Kernspaltung im Weltraum, lässt sich jedoch nicht mit der Nutzung zur Stromproduktion auf der Erde vergleichen. Erstens geht es um ganz andere Dimensionen, einige wenige Reaktoren im Weltram stehen hunderten auf der Erde gegenüber. Zweites ist die Zeit in der ein Unfall in einem Reaktor im Weltraum gefährlich wäre kürzer als bei einem auf der Erde. Wärend Atomkraftwerke auf der Erde über ihre ganze Lebensdauer gefährlich sind, sind es Weltraumreaktoren nur in der Nähe der Erde (Aufstieg und Orbit). Drittes ein großes Problem der Kernenergie auf der Erde die Entsorgung, welche bei Weltraumreaktorn nur eine kleine Rolle spielen wird.

Aus diesen Gründen sehe ich Atomenergie im Weltraum weniger kritisch als Atomreaktoren auf der Erde - die ich entschieden ablehne.

Objektiv betrachtet ist Krieg gut für die Wirtschaft.

Das glaub ich aber nicht. 

Wärend Atomkraftwerke auf der Erde über ihre ganze Lebensdauer gefährlich sind, sind es Weltraumreaktoren nur in der Nähe der Erde (Aufstieg und Orbit). Drittes ein großes Problem der Kernenergie auf der Erde die Entsorgung, welche bei Weltraumreaktorn nur eine kleine Rolle spielen wird.
Aus diesen Gründen sehe ich Atomenergie im Weltraum weniger kritisch als Atomreaktoren auf der Erde - die ich entschieden ablehne.

Die Zuverlässigkeit von AKWs am Boden ist viel größer als die von Trägerraketen.

Ohne Kernenergie am Boden wird es auch keine Kernenergie im Weltraum geben.

Hallo,

lasst uns bei nuklearer Energieversorgung der Raumfahrt bleiben, nicht  bei Kernenergie allgemein.

Das gilt immernoch.

Gruß, Klaus

Alles, was nichts mit Raumfahrt zu tun hat, wurde gelöscht.

Ich bitte euch, beim Thema zu bleiben und nicht, egal wie die Emotionen sind, jeden Einstieg in "das Atom, die Welt und ich" zu nutzen ...

Servus,

ich gehe davon aus, dass Nukleare Energieversorgungen so in eine Trägerrakete integriert werden, dass selbst bei einem Totalverlust
keine Radioaktivität austritt, oder zumindest das Teil nicht explodiert und radioaktives Material in größerem Maße austritt !?

Ich gehe davon aus, dass es auch dabei ein Restrisiko geben wird. Wie sollte es denn auch anders möglich sein?

Du hast auch ein Restrisiko, dass dir ein Asteroid auf den Kopf fällt

Bei RTGs funktioniert das doch auch ziemlich gut, da bin ich optimistisch, dass das auch bei einem Reaktor machbar ist.

Man muss auch einen Unterschied ziehen zwischen einem jungfräulichen Reaktor, und einem im Betrieb, voller instabiler und biologisch wirksamer Spaltreste. Am Start hätte man damit quasi nur Brennelemente, von denen weniger Gefahr ausgeht.

Du hast auch ein Restrisiko, dass dir ein Asteroid auf den Kopf fällt

Bei RTGs funktioniert das doch auch ziemlich gut, da bin ich optimistisch, dass das auch bei einem Reaktor machbar ist.

Man muss auch einen Unterschied ziehen zwischen einem jungfräulichen Reaktor, und einem im Betrieb, voller instabiler und biologisch wirksamer Spaltreste. Am Start hätte man damit quasi nur Brennelemente, von denen weniger Gefahr ausgeht.

Restrisiko bleibt Restrisiko. Bei einer RTG-angetriebenen Sonde mögen die Folgen praktisch irrelevant, und selbst bei einem Reaktor mit frischen Brennstäben relativ leicht beherrschbar sein, aber auszuschließen ist es niemals. (Und mögen wir es niemals erleben, dass ein ausgedienter Reaktor den Wiedereintritt probt!) Es ist natürlich noch niemals etwas beim Start mit einer RTG-Sonde passiert, aber einmal ist immer das erste Mal. Nukleare Energieversorgungssysteme sind bereits zur Erde zurück gekehrt, in Form von Satelliten, aber auch an Bord von Aquarius (Apollo 13). Messbare Auswirkungen auf menschliches Leben hat es wohl niemals gegeben. Aber auch da gilt, das einmal das erste Mal ist.

Das Restrisiko, was die Wahrscheinlichkeit des Eintritts und die Folgen angeht, sind mit Sicherheit kleiner als bei einem Leistungsreaktor, aber man muss sich darüber im Klaren sein, dass man es eingehen muss, wenn man Weltraummissionen mit nuklearer Energie versorgen möchte.

Zitat von: websquid am 29. März 2011, 13:13:50

....(Und mögen wir es niemals erleben, dass ein ausgedienter Reaktor den Wiedereintritt probt!) ...

Bereits passiert. Cosmos 954, ein RORSAT zur Ozeanüberwachung (RORSAT: Radar Ocean Reconnaissance SATellite) war solch ein Fall.

Gruß   Pirx

Und wird wohl wieder passieren. Die beiden Satelliten mit Topaz-Reaktoren werden in einigen Jahrzehnten in die Erdatmosphäre eintreten. Bei den anderen RORSAT-Reaktoren wird dies noch Jahrhunderte dauern, aber wohl auch passieren, sofern man die nicht einsammelt.

Laut Wikipedia gab es auch Unfälle mit dem Satelliten Kosmos 1402, und Kosmos 1818 und 1900 sind auch Problemkandidaten für die nähere Zukunft, und in den nächsten paar hundert Jahren kommen noch ca. drei dutzend weitere Reaktorkerne herunter. Die Rorsat-Satelliten waren aber Erdbeobachter mit gerade einmal 31,1 kg bzw. 12 kg Uran. Das ist schon schlimm genug. Die Menge des radioaktiven Materials bei einer interplanetaren Mission, ob nun bemannt oder unbemannt, dürfte noch einmal deutlich höher sein. Bei dem Gedanken, dass so etwas versehentlich in die Erdatmosphäre gelangt, wird mir ganz anders. Und ja, ich weiß - das radioaktive Inventar wäre immer noch deutlich geringer als bei einer stationären Anlage, und man würde sicherlich darauf achten, dass es unter keinen Umständen zurück zur Erde gelangen kann, aber auch das gilt: Ein Restrisiko bleibt. 

Also die paar Kilogramm Uran ... da gibt es schon wesentlich gefaehrlichere Dinge. Uran selbst ist praktisch ungefaehrlich, das Problem sind die hochradioaktiven Spaltprodukte wie Plutonium usw. ... die kommen aber bei so kleinen Reaktoren nur in winzigen Mengen vor. Wenn das Teil in der Atmosphaere verglueht macht das ueberhaupt nichts ...

Also die paar Kilogramm Uran ... da gibt es schon wesentlich gefaehrlichere Dinge. Uran selbst ist praktisch ungefaehrlich, das Problem sind die hochradioaktiven Spaltprodukte wie Plutonium usw. ... die kommen aber bei so kleinen Reaktoren nur in winzigen Mengen vor. Wenn das Teil in der Atmosphaere verglueht macht das ueberhaupt nichts ...

Hallo,

das kann man so nicht sagen. Da die Reaktoren relativ kompakte Geraete sind mit Abschrimung aber nicht so sicher gebaut werden koennen wie RTG ist es sehr wahrscheinlich, das Teile davon den Boden erreichen und dort lokal zu Kontamination fuehren, wie schon geschehen. Einzige sichere Moeglichkeit bei einer interplanetaren Mission ist, den Reaktor erst dann zu aktivieren, wenn er sich schon auf einer Fluchtbahn befindet und es so zu keinen Wiedererintritt mehr kommen kann.

Das Uran an sich ist aber kein allzu grosses Problem, davon sind etwa 4.5 Milliarden Tonnen in den Ozeanen geloest, ein paar kg mehr machen da nichts. Allerdings muss man hier Proliferation mit einbeziehen, da ein weltraumtauglicher Reakter HEU verwenden muss wegen seiner kompakten Groesse. Bei einem potentiellen Absturz (Fehlstart) muss man also sicherstellen, das es nicht in die falschen Hanede gelangt.

Martin