Triebwerke sollen nuklearen Raumfahrzeugen beim Flug zum Mars helfen

Chinesische Forscher entwickeln einen 1,5-Megawatt-Reaktor , der im ausgebauten Zustand so hoch wie ein 20-stöckiges Gebäude wäre und Hin- und Rückflüge zwischen Erde und Mars ermöglichen würde.

Chinas experimenteller lithiumgekühlter Reaktor-Prototyp. Foto: Chinesische Akademie der Wissenschaften

Ein Gemeinschaftsprojekt von mehr als zehn Forschungsinstituten und Universitäten in ganz China hat durch die Entwicklung der Kernspaltungstechnologie bedeutende Fortschritte auf dem Weg zu interplanetaren Reisen erzielt und ermöglicht damit die groß angelegteErforschung des Mars. In einem Artikel in der Zeitschrift Scientia Sinica Technologica der Chinesischen Akademie der Wissenschaften erklärte das Team, sein Prototyp eines lithiumgekühlten Reaktorsystems habe mehrere erste Bodentests bestanden, berichtete Sun am 19. März.

Die Testergebnisse bestätigten mehrere wichtige technologische Lösungen, die chinesische Wissenschaftler und Ingenieure entwickelt hatten, um den Megawatt-Reaktor, der siebenmal leistungsstärker ist als das von der NASA gebaute System, auf eine beispiellose Größe zu verkleinern. Im Weltraum könnte der 1,5-Megawatt-Reaktor inklusive Kühlkörper die Höhe eines 20-stöckigen Gebäudes erreichen. Am Boden ließe er sich jedoch zu einem weniger als acht Tonnen schweren Container zusammenfalten.

Das Design ermögliche es dem Reaktorsystem, leicht auf einer Rakete platziert und gestartet zu werden, so das Team um Wu Yican, Wissenschaftler an der Akademie der Wissenschaften. Der Reaktor könne auch in der rauen Umgebung des Weltraums über lange Zeiträume stabil betrieben werden. Die Hochleistungsenergiequelle ermögliche Hin- und Rückflüge für Astronauten und Fracht und ebne so den Weg für die groß angelegte Erforschung von Mond und Mars, heißt es in der Studie.

Einige Wissenschaftler schätzen, dass ein nuklearbetriebenes Raumschiff die Reise zwischen Erde und Mars in nur drei Monaten zurücklegen könnte. Die Wissenschaftsgemeinde ist sich mittlerweile einig, dass diese Technologie für interplanetare Missionen unverzichtbar ist. Im Gegensatz dazu könnte ein fossilbetriebenes Raumschiff wie das Starship-System des US-Unternehmens SpaceX Schätzungen zufolge mindestens sieben Monate brauchen, um den Mars zu erreichen. Die Starship-Rakete spielt eine zentrale Rolle für den Plan der NASA, bis Ende dieses Jahrzehnts Astronauten auf dem Mond landen zu lassen, sowie für die Ambitionen von SpaceX-Chef Elon Musk, den Mars zu besiedeln. Doch eine einfache Reise zum roten Planeten würde ein massives Lebenserhaltungssystem erfordern.

Das Artemis-Programm der NASA plant die Stationierung eines Kernreaktors auf dem Mond und den Bau einer Raumfahrzeugflotte zur Besiedlung des Mars mithilfe ähnlicher Technologien. Die Europäische Union hat drei Projekte zur Entwicklung nuklearer Weltraumtechnologie initiiert. Russland hat zudem sein Atomraumfahrzeugprojekt aus der Zeit des Kalten Krieges wieder aufgenommen. Laut Wus Team erzielt Russland die größten Fortschritte bei der Forschung und Entwicklung mehrerer Schlüsseltechnologien in diesem Bereich, darunter auch Kernbrennstoff für den Weltraum.

Der chinesische Reaktor wird sich durch die Spaltung von Uranbrennstoff auf 1.276 Grad Celsius erhitzen und damit die Betriebstemperatur der meisten kommerziellen Kernkraftwerke deutlich überschreiten, so die Forscher. Die intensive Hitze wird Flüssigkeiten inerter Elemente wie Helium und Xenon zu Gasen ausdehnen, die Generatoren antreiben. Die Kettenreaktion erzeugt schnelle Neutronen und ermöglicht so eine effiziente und kontinuierliche Stromversorgung für mindestens zehn Jahre. Durch die Verwendung von flüssigem Lithium kann das Team den Reaktor aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit und des geringen Gewichts des Elements verkleinern.

Wärmetauscher und Strahlungsschilde nehmen in einem Reaktordesign typischerweise viel Platz ein. Wu und seine Kollegen haben jedoch eine Technologie entwickelt, die beides vereint. Der Wärmetauscher des Reaktors besteht aus einer Wolframlegierung, die Wärme effizient im Kreislauf übertragen und gleichzeitig schädliche Strahlung blockieren kann, heißt es in der Studie. Zu den weiteren neuen Technologien gehören korrosionsbeständige Materialien bei hohen Temperaturen. Die Wärmequelle des Reaktorprototyps ist derzeit eine externe Stromversorgung. Das Team plant, Brennstäbe hinzuzufügen, um den Reaktor in den nächsten Phasen des Testprogramms voll funktionsfähig zu machen.

Der Test demonstrierte die Machbarkeit der Kombination eines lithiumbasierten Kühlsystems mit dem Brayton-Generator, der im 19. Jahrhundert als Kolbenmotor entwickelt und in der angetriebenen Raumfahrt weit verbreitet war. Ein Schwerpunkt der weiteren Forschung und Entwicklung liegt auf der Sicherheit des Reaktors während des Starts und des Betriebs. Selbst bei einem Rückfall des Reaktors auf die Erde darf keine Gefahr einer nuklearen Explosion bestehen. Das Projektteam plant zudem, künstliche Intelligenz für den langfristigen autonomen Betrieb des Reaktors im Weltraum einzusetzen und dabei automatische Diagnose- und Fehlerbehebungstechnologien einzusetzen.

An Khang (laut Sun )

Quellenlink: https://vnexpress.net/trung-quoc-phat-trien-dong-co-tau-vu-tru-hat-nhan-4724286.html