Was plant die Nasa wirklich?

Was plant die Nasa tatsächlich?

Die US-Raumfahrtbehörde richtet sich neu aus: Bei einer bevorstehenden Mission will sie nicht auf immer größere Solarpaneele bauen, sondern einen eigenen Mini-Atomreaktor im Weltraum einsetzen. Das technisch anmutende Vorhaben könnte eine grundlegende Veränderung einleiten und Marsflüge ab 2028 merklich beeinflussen.

Die Mission SR1 Freedom im Überblick

Die Nasa hat ihre Mission „Space Reactor-1 Freedom“, kurz SR1 Freedom, präsentiert. Der Start ist für Dezember 2028 vorgesehen. Statt ausgedehnter Solarsegel soll ein kompakter Reaktor an Bord sein, der mittels Kernspaltung Energie erzeugt. Mit der Sonde soll erprobt werden, ob nukleare Energie im tiefen All verlässlich eingesetzt werden kann.

Bis zu 20 Kilowatt elektrische Leistung soll der Reaktor bereitstellen. Neben einem Kraftwerk auf der Erde wirkt das zwar gering, im All genügt es jedoch problemlos, um Bordelektronik, Kommunikation und elektrische Triebwerke dauerhaft zu versorgen. Ausschlaggebend ist vor allem die gleichbleibende Leistung: Unabhängig von Sonnenstand oder Staubstürmen erzeugt der Reaktor rund um die Uhr Energie in derselben Menge.

SR1 Freedom ist weniger eine einfache Sonde – sie ist als Prototyp einer fliegenden Kleinkraftwerks-Plattform gedacht.

Nach dem Start soll die Sonde die Erdumlaufbahn verlassen. Innerhalb von 48 Stunden ist vorgesehen, den Reaktor in Betrieb zu nehmen und ihn mit dem Antriebssystem zu verbinden. Ob das Konzept praxistauglich ist oder als Raumfahrtidee im Museum endet, entscheidet sich in genau dieser kurzen Zeitspanne.

Weshalb Solarenergie an Grenzen gerät

Ein großer Teil der bisherigen unbemannten Raumfahrt setzte auf Solarzellen. Mit zunehmender Entfernung eines Raumfahrzeugs von der Sonne nimmt die Strahlungsintensität ab – und die Paneele arbeiten entsprechend weniger effizient. Den Mars erreichen nur noch etwa 43 Prozent der Sonnenenergie, die auf der Erde ankommt.

Hinzu kommt eine speziell marsianische Herausforderung: enorme Staubstürme. Sie können Solarpaneele über Wochen hinweg mit einer Staubschicht bedecken. Genau daran scheiterte die Mars-Sonde Opportunity, denn ihre Stromversorgung reichte letztlich nicht mehr aus, um sie wieder aufzuwecken.

Ein Reaktor im All ist von solchen Umständen nicht betroffen. Weder Licht noch eine klare Atmosphäre sind für seinen Betrieb erforderlich. Die Konstrukteure rechnen daher über Jahre mit einer konstanten Energieversorgung, die weder von Jahreszeiten noch von Wetterextremen auf fremden Planeten abhängt.

• Verlässliche Energie während Staubstürmen und Polarnächten
• Wesentlich geringerer Flächenbedarf als bei Solarpaneelen
• Mehr Planungssicherheit für langfristige Missionen ins äußere Sonnensystem

SR1 Freedom: Fission, Uran und Brayton-Zyklus

Im Zentrum von SR1 Freedom steht ein Fissionsreaktor mit schwach angereichertem Uran. Vereinfacht ausgedrückt werden Urankerne dabei kontrolliert gespalten. Die dabei frei werdende Wärme lässt sich anschließend in elektrische Energie umsetzen.

Für diese Energieumwandlung ist ein sogenannter Brayton-Zyklus vorgesehen. Dabei wird ein Gas erhitzt, dehnt sich aus und treibt eine Turbine an, die wiederum Strom produziert. Das Prinzip ähnelt einem Jet-Triebwerk, arbeitet jedoch unter anderen Temperatur- und Einsatzbedingungen. Anders als dort liefert nicht Kerosin die Wärme, sondern der Reaktor.

Der Brayton-Zyklus gilt in der Raumfahrt als attraktiver Kompromiss: vergleichsweise robust, gut regelbar und mit hoher Effizienz.

Ein erwarteter Daueroutput von über 20 Kilowatt elektrischer Leistung eröffnet bei der Missionsplanung völlig neue Möglichkeiten: Rover könnten längere Distanzen bewältigen, Sensoren mit höherer Auflösung einsetzen und Kommunikationsantennen mit stärkerer Sendeleistung betreiben. Anders gesagt: Nicht mehr jeder einzelne Wattverbrauch müsste dreimal abgewogen werden.

Hardware aus dem Mondprogramm Gateway

Auch die Herkunft der Plattform ist bemerkenswert. Die Nasa entwickelt nicht alles von Grund auf neu, sondern verwendet den sogenannten „Bus“, also die tragende Struktur, aus dem Power and Propulsion Element (PPE) der geplanten Mondraumstation Gateway. Dieses Modul war ursprünglich dafür vorgesehen, die Gateway-Station mit Energie und Antrieb zu versorgen.

Weil das Gateway-Programm in seiner bisherigen Form ruht, setzt die Nasa Teile der bereits entwickelten Technik nun pragmatisch anderweitig ein. Das verkürzt die Entwicklungszeit, senkt Kosten und verringert das Risiko kostspieliger Fehlplanungen.

Aus dem Mondprojekt wird gewissermaßen ein Testlabor für die Mars-Zukunft – Hardware wandert einfach von einem Programm ins nächste.

Flugprofil: Start, Reaktorstart und elektrische Triebwerke

Für den Start dürfte eine Schwerlastrakete wie die Falcon Heavy infrage kommen. Sobald die Sonde im All ausgesetzt wurde, beginnt die entscheidende Phase: Der Reaktor wird hochgefahren, und seine Energie versorgt ein elektrisches Antriebssystem, das mit hoher Effizienz Schub erzeugt.

Elektrische Triebwerke funktionieren nicht über klassische Treibstoffexplosionen. Stattdessen beschleunigen sie Teilchen mithilfe elektrischer Felder. Ihr Schub fällt zwar geringer aus, kann aber über sehr lange Zeiträume wirken – eine passende Lösung für Reisen weit in das Sonnensystem hinaus.

Drei Mars-Helikopter für die Suche nach Wasser

SR1 Freedom transportiert nicht nur Technikdemonstrationen, sondern verfolgt auch wissenschaftliche Ziele. Drei kleine Helikopter mit dem Projektnamen Skyfall sollen später in der Nähe des Roten Planeten zum Einsatz kommen. Sie bauen auf dem Erfolg des Mars-Helikopters Ingenuity auf, der erstmals Flüge in der extrem dünnen Marsatmosphäre ermöglicht hatte.

Zu den Aufgaben der Skyfall-Drohnen gehören:

• Hochauflösende Bilder der Marsoberfläche aus geringer Höhe
• Die Suche nach Anzeichen für unterirdische Eislager
• Die Untersuchung möglicher Orte für spätere bemannte Landungen

Unterirdisches Eis wird als entscheidende Ressource für eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mars betrachtet. Es kann nicht nur Trinkwasser und Sauerstoff liefern, sondern auch Wasserstoff und Sauerstoff für Raketentreibstoff. Wer über das Wasser verfügt, bestimmt damit auch die Logistik.

Nukleare Raumfahrt als Wegbereiter für bemannte Marsmissionen

SR1 Freedom stellt lediglich den ersten Baustein eines umfassenderen Plans dar. Falls das System funktioniert, möchte die Nasa in einem nächsten Schritt deutlich leistungsstärkere nukleare Antriebe umsetzen. Das Ziel sind erheblich schnellere Verbindungen zwischen Erde und Mars.

Ein Transferflug dauert heute etwa sechs bis neun Monate. Entwürfe für nukleare thermische Triebwerke könnten diese Dauer auf drei bis vier Monate verkürzen. Jede Zeitersparnis ist relevant: Kosmische Strahlung im All belastet den menschlichen Körper, schwächt das Immunsystem und steigert das Krebsrisiko.

Weniger Flugzeit bedeutet: geringere Strahlenbelastung, weniger Vorräte, weniger Verschleiß – und damit realistischere Chancen auf regelmäßige Hin- und Rückflüge.

Gleichzeitig benötigen künftige Marsbasen eine zuverlässige Stromquelle. Sich ausschließlich auf Solarpaneele zu verlassen, wäre riskant. Staubstürme, winterliche Dunkelphasen und örtliche Bedingungen machen reine Solarenergie zu einem Glücksspiel. Ein Reaktor könnte dagegen jahrelang stabil laufen und Anlagen zur Eisgewinnung, Sauerstoffproduktion sowie Treibstoffsynthese antreiben.

Risiken, Vorbehalte und das Sicherheitskonzept

Nukleare Technologie im All sorgt schnell für Unbehagen. Die zentrale Sorge lautet: Was geschieht, wenn beim Start etwas misslingt und radioaktives Material zur Erde stürzt? Deshalb setzt die Nasa auf schwach angereichertes Uran sowie widerstandsfähige Sicherheitskapseln, die sogar Explosionen beim Start überstehen sollen.

Während des Starts und in Erdnähe bleibt der Reaktor zunächst „kalt“. Erst wenn sich die Sonde auf einem sicheren Kurs weit entfernt von der Erde befindet, soll er gezündet werden. Die Konstruktion orientiert sich an früheren Lösungen wie SNAP-10A aus den 1960er Jahren, die bereits damals grundsätzlich demonstrierten, dass nukleare Energie im All handhabbar ist.

Bedeutung für weitere Raumfahrtakteure

Mit ihrem Vorstoß in die nukleare Raumfahrt sendet die Nasa zugleich ein politisches Signal. Wer als Erster ausgereifte Atomreaktoren im All betreibt, sichert sich einen technologischen Vorsprung – nicht nur bei Marsmissionen, sondern ebenso bei Flügen zu Asteroiden oder den Eismonden der äußeren Planeten.

Private Unternehmen wie SpaceX verfolgen parallel eigene Marsmissionen, setzen bislang jedoch vor allem auf chemische Triebwerke und große Solarfelder. Langfristig erscheint ein gemeinsames Szenario plausibel: Der Start erfolgt mit bewährten Raketen, während Versorgung und Basisbetrieb durch kompakte Reaktoren gewährleistet werden, die staatliche Agenturen oder private Partner bereitstellen.

Begriffe und Hintergründe einfach erklärt

Wer mit den Fachbegriffen wenig anfangen kann, kann sich SR1 Freedom vereinfacht als Verbindung aus Satellit, Kraftwerk und Versuchsplattform vorstellen. Der Reaktor übernimmt die Funktion riesiger Solarpaneele. Der Brayton-Zyklus entspricht dabei einem Kraftwerksblock – allerdings in kompakter Form und für den Betrieb im Vakuum optimiert.

Anders als die kleinen Radioisotopengeneratoren früherer Missionen, die durch den natürlichen Zerfall von Plutonium nur wenige Hundert Watt liefern, bewegt sich SR1 Freedom in einer vollkommen anderen Leistungsklasse. Damit erreicht erstmals eine ernstzunehmende Strommenge die Raumfahrt, sodass sich echte „Infrastrukturprojekte“ auf anderen Himmelskörpern planen lassen.

Sollte die Mission 2028 wie geplant starten, wäre sie nicht allein aus technischer Sicht bemerkenswert. Sie würde einen Zeitpunkt markieren, an dem die Raumfahrt ihren Umgang mit Atomtechnologie neu ausrichtet – weg von einer Ausnahme hin zu einem Kernbestandteil langfristiger Marspläne und darüber hinaus.