Kilopower wurde erfolgreich in der Wüste von Nevada getestet
– Nachrichten vom 15. Mai 2018 –
Für die meisten Raumfahrtagenturen scheint die Zukunft des bewohnten Flugs auf der Mondseite zu liegen. Die Chinesen, Amerikaner und Europäer hoffen, mittelfristig unseren Satelliten zu betreten, und warum nicht eine dauerhafte Basis. Auf der anderen Seite wissen wir, dass das Hauptziel von SpaceX Mars mit ähnlichen Projekten ist. In jedem Fall erzeugt die Aufrechterhaltung einer menschlichen Präsenz auf einem anderen Himmelskörper als der Erde viele Herausforderungen, einschließlich Energie.
Die Roboter, die derzeit Weltraumexplorationen durchführen, können auf zwei Energiequellen zurückgreifen: Solarenergie mit Hilfe von Fotovoltaikpaneelen oder Kernenergie dank der Wärme aus radioaktiven Materialien. Für eine menschliche Anwesenheit können diese Energiequellen unzureichend sein. Die Rückgewinnung der Wärme von Materialien kann nur einige hundert Watt produzieren und die Sonnenkollektoren funktionieren nur tagsüber. Da Mondnächte 14 Tage dauern und menschliche Überlebenssysteme viel Kraft benötigen, sind alternative Lösungen erforderlich.
Die NASA arbeitet derzeit am Kilopower-Projekt, einem Mini-Kernspaltungsreaktor. Die US-Raumfahrtbehörde hat vor zwei Wochen angekündigt, dass der Reaktor-Prototyp erfolgreich getestet wurde. Kilopower besteht aus einem kleinen Uran-235-Kern von der Größe einer Papierrolle, Heatpipes tragen die Hitze des Herzens zu Stirling-Motoren. Die thermische Energie des Kerns wird von den Motoren in mechanische Energie und von Generatoren in elektrische Energie umgewandelt. Das System ist sehr kompakt und kann 10 Jahre lang eine elektrische Leistung von 10 Kilowatt erzeugen.
Eine Reihe von Tests, die in der Wüste von Nevada durchgeführt wurden, haben den Prototyp extremen Bedingungen ausgesetzt, die nahe an den Bedingungen auf dem Mond oder Mars liegen. Um zu beweisen, dass der Reaktor zuverlässig funktionieren kann, während er von meteorologischen Elementen missbraucht wird, simulierte das Kilopower-Testteam eine echte Mission mit 28 Stunden Dauerbetrieb, einschließlich Start, Aufstieg und Aufrechterhaltung der Leistung, und stoppte dann den Reaktor. Parallel dazu simulierten die Ingenieure Fehler der verschiedenen Systeme.
Kilopower hat alle diese Tests erfolgreich bestanden. Kilopower könnte daher eine realistische Lösung zur Stromerzeugung auf dem Mars oder dem Mond sein. NASA schätzt, dass drei oder vier Kilopower-Reaktoren ausreichen werden, um eine Basis dauerhaft zu versorgen. Aber die Kernenergie im Weltraum ist ein sensibles Thema, selbst mit der richtigen Technologie: Ein Block von 235 Uran auf einer Rakete stellt ein echtes Risiko für radioaktiven Niederschlag auf der Erde dar, wenn die Rakete explodiert.
Kilopower-Mini-Kernreaktor geht in die Testphase
– Nachrichten vom 19. Dezember 2017 –
Das Kilopower-Projekt der NASA soll zukünftigen Entdeckern, Menschen und Maschinen helfen. Energie ist ein fundamentaler Parameter jeder Weltraummission. Im Weltraum werden entweder Photovoltaik-Module oder Kernenergie verwendet. In den meisten Fällen wird die Kernenergie in Form von thermoelektrischen Generatoren (RTG) eingesetzt, die durch die Wärme der Radioaktivität arbeiten. Sie können nur einige hundert Watt produzieren, was nicht ausreicht, um eine menschliche Basis zu versorgen.
Um die Fähigkeiten von Weltraummissionen zu erhöhen, muss Kernspaltung verwendet werden. Die Kernspaltung erzeugt aus der gleichen Menge an radioaktivem Material viel mehr Energie. In der Vergangenheit haben die Vereinigten Staaten und besonders die UdSSR versucht, die Kernspaltung zu entwickeln, aber ohne wirklichen Erfolg.
Viele Aufklärungssatelliten haben etwa 30 Kernreaktoren in die Umlaufbahn gebracht, mit manchmal katastrophalen Rückflüssen in die Atmosphäre. Um eines Tages ehrgeizigere Weltraummissionen ausführen zu können, ist eine starke Energiequelle notwendig. Die Kernspaltung ist eine der wenigen Möglichkeiten.
Die NASA scheint entschlossen, die Forschung sehr schnell voranzubringen. Die US-Raumfahrtbehörde arbeitet an einem Prototyp eines Kernspaltungsreaktors für Weltraumanwendungen mit geringer Größe und geringer Leistung. Die NASA hat die Finanzierung des Kilopower-Projekts für mehrere Jahre validiert. Kilopower ist ein Mini-Kernspaltungsreaktor, der in der Lage sein soll, 10 Kilowatt Leistung für einen Zeitraum von 10 Jahren zu erzeugen, ideal für die Stromversorgung einer kleinen bewohnten Basis oder sogar für Antriebsanwendungen. Mit dieser verfügbaren Leistung sind die Anwendungen zahlreich: Bohren, Elektrolyse oder Konstruktionen. Diese Anwendungen sind mit einer Leistung von einigen hundert Watt schwer vorstellbar, während mit einer Leistung von einigen tausend Watt mögliche Anwendungen viel interessanter sind.
Das Kilopower-Projekt startete im November eine Testkampagne mit einem 28-stündigen Dauerbetriebstest. Die NASA-Teams konzentrieren sich auf die Herstellung eines sicheren Reaktors, der wenig Handhabung und Wartung erfordert. Wenn das Risiko von politischen Führern und der öffentlichen Meinung akzeptiert wird, könnte Kilopower zum Kernstück aller ehrgeizigsten Missionen der nächsten Jahrzehnte werden.
Die NASA finanziert ein Mikrokernkraftwerk namens Kilopower
– Nachrichten vom 11. Juli 2017 –
Die NASA hat ein Budget von 15 Millionen US-Dollar für die Entwicklung einer Mikrokernanlage freigegeben. Energie ist immer ein Problem in allen Weltraummissionen: Um die Instrumente von Raumsonden und die gesamte Überlebensausrüstung von Astronauten mit Energie zu versorgen, braucht es Strom. Bisher bieten Sonnenkollektoren die beste Lösung. Einfach zu produzieren, können sie korrekte Mengen an Energie produzieren. Ihr Hauptproblem ist ihre Abhängigkeit von der Sonne: Ihr Ertrag verschlechtert sich bei geringer Sonneneinstrahlung stark. Somit sind Sonnenkollektoren in der Nähe von Jupiter fast nutzlos.
Ein Solarpanel in der Erdumlaufbahn erzeugt eine Leistung von etwa 300 Watt pro Quadratmeter, während in der Umlaufbahn um Jupiter ein Solarpanel nur 6 Watt pro Quadratmeter produziert. Da die NASA den Einsatz eines Plasmamotors für die Erforschung des externen Sonnensystems verallgemeinern möchte, wird eine leistungsfähige und effiziente Energiequelle benötigt. Um dieses Problem zu lösen, hat die NASA daher ein Kernkraftwerk namens Kilopower ins Leben gerufen. Das Projekt besteht darin, einen kleinen Kernspaltungsreaktor von weniger als 2 Metern zu bauen, der in der Lage ist, eine Leistung von einem Kilowatt bis zu zehn Kilowatt zu liefern.
Kilopower muss daher in der Lage sein, Energie für eine Reihe von Anwendungen bereitzustellen, zum Beispiel für eine Raumsonde oder eine bewohnte Basis auf der Marsoberfläche. Zwei Prototypen werden derzeit untersucht: Der erste soll eine Leistung von etwa 800 Watt liefern können, die durchschnittliche Leistung einer Raumsonde. Der zweite Prototyp wäre eine leistungsfähigere Version, die in der Lage wäre, zwischen 3000 und 10000 Watt zu liefern, die Energie, die für eine kleine Basis auf dem Mars benötigt wird. Einige Elemente des Systems, wie die Strahlerableitung, werden direkt auf der Internationalen Raumstation (ISS) getestet.
Das Design des Reaktors unterscheidet sich sehr von einem zivilen Atomreaktor und sogar von Militär, wie es auf U-Booten zu finden ist. Die Umwandlung der durch die Kernreaktionen erzeugten Wärme wird nicht durch eine Dampfturbine erfolgen, sondern Stirling-Motoren. Diese Motoren können einen Generator aus einer Temperaturdifferenz antreiben. So hofft die NASA drei Kernkraftwerke in Dimensionen von etwas weniger als 2 Metern zu halten. Die Nutzung der Kernenergie im Weltraum ist derzeit auf RPG beschränkt, die mit Radioaktivität betrieben werden. Die Realisierung eines Kernkraftwerkprojekts, selbst mit sehr geringer Leistung, stellt eine neue Herausforderung dar, denn in den 50er und 60er Jahren hatte ein Programm von Areva nach 20 Jahren Forschung eine Kernraummaschine entwickelt, aber das Projekt wurde dann aufgegeben.
Bild von der NASA Glenn [Public Domain], über Wikimedia Commons
Quellen
