Innovative Modifikationen am Nuklear-Salzwasser-Raketen-Design könnten bahnbrechende Fortschritte erzielen

In der Welt der Raumfahrttechnik hat Brett Bellmore neue innovative Modifikationen für die Nuklear-Salzwasser-Rakete (NSWR) von Robert Zubrin präsentiert. Durch den Wechsel von Wasser zu Polyethylen und die Lagerung in segmentierten, wurstförmigen Strukturen könnte die Leistungsfähigkeit dieser Rakete erheblich gesteigert werden. Die Fokussierung auf den sicheren Umgang mit radioaktiven Materialien ist dabei essenziell, insbesondere um kritische Zustände während der Lagerung zu vermeiden und praktische Herausforderungen wie den Schutz vor Mikrometeoriten und den Zustand des Treibstoffs zu beheben.

Zubrins ursprüngliches Modell nutzt bewährte physikalische und ingenieurtechnische Prinzipien und könnte in einem Zeitraum von 10 bis 20 Jahren bei einem Budget von 10 bis 30 Milliarden Dollar in einem ersten funktionierenden Prototypen realisiert werden. Die Spezifikation der Rakete sieht Geschwindigkeiten von bis zu 7,6 % der Lichtgeschwindigkeit vor. Besonders im Gespräch ist eine abgekürzte Version, die mit niedrig angereichertem Uran betrieben wird. Eine Akzeptanz von waffenfähigem Uran mit einer Anreicherung von 90 % könnte die Rakete sogar auf 1,575 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen.

Für Transporte interstellarer Missionen wird die Kombination aus einem 30.000 Tonnen massiven Eis-Asteroiden und 7.500 Tonnen Uran, um eine 300-Tonnen-Nutzlast einschließlich Besatzung auf 7,62 % der Lichtgeschwindigkeit zu bringen, als vielversprechend erachtet. Ein entscheidendes Element in der Ingenieurplanung ist die Nutzung von Wasser zum Schutz der Düsen vor der extremen Hitze der Reaktion. Eine Kombination aus speziellen Beschichtungen und einer gesonderten Lagerung der Flüsse soll verhindern, dass die Lösung während der Lagerung eine kritische Masse erreicht, bevor sie in die Reaktionskammer gepumpt wird. Im Moment der Reaktion erreicht die Lösung dann die kritische Masse und wird durch die Düse ausgestoßen, um Schub zu erzeugen.

Die Idee einer Nuklear-Salz-Polyethylen-Rakete könnte ebenfalls Geschwindigkeiten von 8,19 % der Lichtgeschwindigkeit erreichen und bietet möglicherweise verbesserte Sicherheitsmerkmale. Die NSWR gilt als eines der baubaren Designs, um Menschen zu anderen Sternensystemen zu transportieren, und stützt sich auf jahrzehntelange Erfahrung in der Kernfission. Doch die Lagerung des Treibstoffs stellt eine bedeutende Herausforderung dar, da unangemessene kritische Zustände vermieden werden müssen, während das gesamte System leicht bleibt.

Die innovative Methode, die Uran-Salzlösung in segmentierten, wurstförmigen Aufbewahrungseinheiten in Spectra, einem hochfesten, langkettigen Polyethylen, einzuschließen, präsentiert einen neuen Ansatz zur Handhabung. Diese Konstruktion schützt die Antriebseinheiten, indem sie von einem strahlungsgeschützten Überelement unterstützt wird.

Die Unterteilung des Treibstoffs in kleinere, subkritische Volumina verhindert das Entstehen einer kritischen Masse während der Lagerung, was mit den Grundsätzen der Kerntechnik zur sicheren Treibstofflagerung übereinstimmt. Spectra zeichnet sich durch eine hohe Zugfestigkeit aus und minimiert das parasitäre Gewicht, das für hohe delta-V-Werte entscheidend ist. Aufgrund des niedrigeren durchschnittlichen atomaren Gewichts von Spectra im Vergleich zu Wasser könnte dies theoretisch die Abgasgeschwindigkeit und damit den spezifischen Impuls der NSWR erhöhen.

Mit dem Ziel, einen kontrollierten Reaktionsprozess zu entwickeln, in dem eine kleine, gesteuerte Spaltung innerhalb des Treibstoffsystems stattfindet, wird eine Geometrie und Neutronenmoderation angestrebt, die Temperaturen und Drücke erzeugt, um den Treibstoff zu verflüssigen. Die Fähigkeit, den Antrieb in einem solchen System zu optimieren, könnte eine Umwälzung der chemischen Raketentechnologie zur Folge haben—eine effizientere Nutzung von Energie könnte erzielt werden.

Die Komplexität der Lagerung und der schnellen Reaktionsexplosion wird überdies durch den Test in einer gravitationsfreien Umgebung in den Tiefen des Weltraums minimiert, wodurch die Unsicherheiten bei der Bewältigung von heavy duty Materialien im irdischen Labor ebenfalls verringert werden. Die berühmte Flexibilität und Zugfestigkeit von Spectra könnte derartigen Mikrotreffern besser standhalten als spröde Materialien.

Insgesamt stellt dieser neue Ansatz eine vielversprechende Weiterentwicklung der ursprünglichen NSWR-Konzeption dar, die Sicherheitsaspekte mit beachtlicher Effizienz verbindet und die Möglichkeiten der nuklearen Antriebstechnik auf eine neue Stufe hebt. Die Vision, diese „spaßige“ Technik im Weltraum zu entwickeln, könnte tatsächlich die Grenzen der nuklearen Antriebssysteme erweitern.

Brett Bellmore und Robert Zubrin treiben mit diesen Modellen und Ideen die Diskussion über die Zukunft der interstellarer Raumfahrt voran.