R.2. Raketentechnik

R.2.2.3. Nuklearer Antrieb

Die Entwicklung von nuklearen Triebwerken begann in den 1960er Jahren vor allem in den USA und der damaligen UdSSR. Gerade um weit entfernte Ziele, wie beispielsweise den Mars, zu erreichen, sah man durch höhere Antriebsgeschwindigkeiten Vorteile in der Nutzung der Kernenergie.

Figur NU1: Aufbau eines nuklearen Triebwerks (aus US 3,820,325 A).

Im Vergleich zum chemischen Antrieb wird hierbei (Figur NU1 aus US 3 820 325 A) in der Brennkammer kein Treibstoff verbrannt, sondern ein in dieser Kammer (19) angeordneter Kernreaktor (innerhalb (21)) dient als Wärmequelle und arbeitet nach dem Prinzip eines Wärmetauschers. Mit der durch ihn erzeugten Hitze wird der Treibstoff auf etwa 2000-3000°C aufgeheizt, bevor er über die Düse (23) beschleunigt ausströmt. Als Treibstoff dient bevorzugt Wasserstoff. Er wird in flüssiger Form in einem Tank (15) gelagert und mittels Turbopumpen zunächst zum Kühlen der Triebwerkskomponenten, wie Verstrebungen (27), Druckkammer (19) und Düse (23) verwendet, bevor er über Zuleitungen (69, 71) in die Druckkammer (19) zum Kernreaktor (innerhalb (21)) geführt wird. Durch seine geringe Molekülmasse kann bei gleichem Energieeinsatz, im Vergleich zu den Verbrennungsprodukten des chemischen Antriebs eine höhere Ausströmgeschwindigkeit erreicht werden. Diese bewirkt wiederum höhere Vortriebsgeschwindigkeit.

Nachteilig wirkt sich bereits die geringe Dichte von Wasserstoff aus, wodurch große Tankvolumen notwendig werden. Diese erhöhen wiederum das Leergewicht des Raumfahrzeugs. Bei langen Raumfahrtmissionen und damit langen Lagerzeiten des Wasserstoffs wäre überdies eine Rückverflüssigungsanlage nötig. Diese erhöht neben dem ohnehin schweren Kernreaktor ebenfalls zusätzlich das Leergewicht.
Überdies bleibt als Gefahr dieser Technologie die Möglichkeit radioaktiver Strahlenbelastung erhalten, so daß diese Antriebsart bislang keine Verbreitung gefunden hat.

Zitierte Patentdokumente
Patentnummer	Jahr	Titel
US 3 820 325 A	1970	Space Vehicle

Ergänzungsdokumente
Patentnummer	Jahr	Titel
US 3 168 807 A	1961	Nuclear Rocket Flow Control
US 3 546 069 A	1968	Gaseous nuclear Rocket Engine
US 5 087 412 A	1989	Nuclear Reactor
US 5 410 578 A	1992	Nuclear Propulsion Rocket
US 0 001 501 H	1992	Radial Flow Nuclear Thermal Rocket (RFNTR)
US 6 367 243 B1	2000	Atomic-Based Combined Cycle Propulsion System and Method