Energietechnik – Wiedergeburt der Atomenergie
NASA exportiert Kernenergie ins All
Im Rahmen des NASA-Projekts Kilopower arbeiten Wissenschaftler daran, kleine Atomreaktoren zu entwickeln, die die Energieversorgung für künftige Mars-Missionen sicherstellen soll.
Kernenergie im Weltall ist nichts Neues. Der Mars-Roboter Curiosity, der seit 2012 im Auftrag der NASA auf dem Roten Planeten unterwegs ist, wird von sogenannten Radionuklidbatterien (RTG), die Plutonium nutzen, mit Energie versorgt. RTGS sind der NASA zufolge auch weiterhin eine Option für Missionen, die bis zu einem Kilowatt Leistung benötigen. Allerdings reichen diese Batterien für Aktionen, die mehr Energie brauchen, nicht.
Bemannte Mars-Missionen erfordern voraussichtlich 40 Kilowatt Leistung oder sogar mehr. Die 1,5 Tonnen schweren Kernreaktoren, die die US-Raumfahrtbehörde in Nevada testet, könnten die Lösung sein. Ein Kilopower-Reaktor erzeugt bis zu zehn Kilowatt kontinuierlich über einen Zeitraum von zehn Jahren. Bei den kleinen Reaktoren werden Uranium-Atome gespalten, daraus entsteht Hitze, die wiederum in elektrische Energie umgewandelt wird.
Konzept eines Spaltungs-Energie-Systems auf der Marsoberfläche mit vier 10-Kilowatt-Einheiten (Bild: NASA)
Reaktorwärme wird zu Strom
Der Prototyp des Energiesystems besteht aus einem festen Uran-235-Reaktorkern, der etwa so groß wie eine Küchenrolle ist. Die Reaktorwärme wird durch passive Natrium-Wärmerohre übertragen und anschließend von hocheffizienten Stirlingmotoren in Elektrizität umgewandelt. Ein Stirlingmotor nutzt Wärme, um Druckkräfte zu erzeugen, die einen Kolben bewegen. Der ist mit einem Generator gekoppelt, um Strom zu erzeugen – so ähnlich wie ein Automotor.
Lee Mason, Verfahrenstechniker für die Entwicklung der Energie- und Energiespeichertechnologie im Glenn Research Center der NASA in Cleveland, sagte: „Das weltraumtaugliche Kernspaltungsaggregat für Mars-Entdecker stellt einen weiteren Meilenstein in der Weltraumforschung dar. Man muss sich keine Sorgen mehr um die Deckung des Strombedarfs in der Nacht oder Staubstürme machen. Die neue Technologie löst diese Probleme und liefert eine konstante Stromversorgung, unabhängig davon, wo Sie sich auf dem Mars befinden.“
Marc Gibson, leitender Ingenieur bei Kilopower, und Jim Sanzi, Vantage Partner, installieren im März 2018 Hardware an der Kilopower-Baugruppe am Standort Nevada (Bild: NNSS)