Besteht eine prinzipielle Grenze bei Ionentriebwerken so dass sie selbst bei allergünstigstens Voraussetzungen nicht an die Schubkraft eines Nuklarantriebs herankommen? Oder werden dann die Abmessungen absurd?
Prinzipiell wohl nicht.
Zunächst:
Das eine ist die Art des Antriebs (chemisch, Ionen, Kaltgas, ...).
Das andere ist die Bereitstellung der Energie für den Rückstoßimpuls.
Das kann beim Ionenantrieb klassisch über PV, aber auch ggf. nuklear geschehen. Nuklearantriebe könnten mit der Wärme entweder Stützmasse "nur" erhitzen und ausstoßen, oder ebenfalls Ionen erzeugen und beschleunigen. Bisherige Standard-Ionenantriebe werden (PV-)elektrisch versorgt, das ginge aber auch nuklaer.
Man braucht halt elektrische Energie, erst zum Erzeugen der Ionen, dann für deren Beschleunigung.
Das dumme ist, dass bei linearem Anstieg der Ionen-Beschleunigung = Schubkraft ein quadratischer Mehraufwand an Energie gebraucht wird. Also Schubverdopplung = Vervierfachung der nötigen elektrischen Energie. Das stößt dann irgendwann an energetisch-technische Grenzen. Die sind nicht
prinzipiell, man muss halt versuchen, sie mit besserer Technik zu verschieben.
Zum einen möchte man möglichst wenig Stützmasse verlieren, also dieser einen sehr hohen Impuls verschaffen.
Zum anderen benötigt das dann unverhältnismäßig immer höhere Energiemengen, die bereitgestellt werden müssen, was zB durch mehr PV-Paneele oder auch Reaktoren dann wieder die Masse des Raumfahrtzeuges erhöht (und ggf. dessen Widerstand im Sonnenwind /Magnetfeld/...), und damit die Beschleunigung senkt.
Irgendwo dazwischen ist ein Kompromiß aus Schub, Stützmassenverlust, elektr. Leistung und Gesamtmasse, und ab einer gewissen Schub-Höhe ist es unwirtschaftlich oder auch technisch nicht mehr sinnvoll. Mit neuen Konzepten und besserer Technik kann sich dieser Wert aber noch deutlich nach oben verschieben; auf mehr als das 10-Fache in den letzten 20 Jahren, von 9 mN auf >100 mN.
Derzeit erzeugen Ionenantriebe nur sehr geringen Schub für eher kleine Sonden/Satelliten, den aber gleichmäig und für lange Zeit. Der Hallantrieb der Starlinks zB sorgt dafür, dass diese eigenständig ihre Zielumlaufbahn erreichen, das dauert aber dann Tage oder auch Wochen. Man will ja möglichst wenig Argon-Stützmasse verbrauchen, die man später für die Lagekontrolle = Langlebigkeit braucht.
Fazit:
Ionen- und Nuklearantrieb sind nicht grundsätzlich zwei verschiedene Dinge, in der Praxis aber (bisher) schon.
Und der Schub eines Ionenantriebs ist nicht grundsätzlich beschränkt, aber in der Praxis aber (bisher) schon.
