Raketenantriebe

Hallo,
schon in den sechsziger Jahren des letzten Jahrhunderts gab es eine Triebwerkentwicklung namens NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Triebswerksmedium war Wasserstoff. Die Entwicklung wurde 1973 allerdings gestoppt. Problem war die fehlende Leistungsdichte (Leistung je Kilogramm). Technische Grenze ist u.a. die Schmelztemperatur der Kernelemente (z.B. Wolfram 3380 °C oder Verdampfungstemperatur bei Graphit 3630 °C). Schließlich will man ja eine möglichst hohe Ausströmgeschwindigkeit und das geht nur über Hitze).
Eine andere Anwendung wäre Kernenergie als Stromlieferant für elektrische Triebwerke (Ionentriebwerke).

Eine Variante stellen Radio-Nuklid-Reaktoren (Isotopen-Batterien) dar: Die Wärmeentwicklung des natürlichen Zerfallsprozess wird mittels Thermoelemente in Strom umgewandelt. U.a. die Sonden Viking (Mars), Pioneer 10,11 (Jupiter), Voyager (Saturn) deckten so ihren Strombedarf. Solarzellen sind da nicht mehr einsetzbar. Eine Alternative wären da nur noch Brennstoffzellen, sofern sie nicht einfrieren.

Soweit ich weiß, werden kerntechnische Anlagen bei Erd-Satteliten heute nicht mehr eingesetzt. Das Risiko der Verseuchung bei Fehlstart und vor allem bei einem möglichen Wiedereintritt in die Atmosphäre nach dem Ende der Lebensdauer ist zu groß. Es würde mich jedoch wundern, wenn nicht einige der Militärsatelliten Kernenergie nutzen.
So neu ist die Frage also nicht.
Gruß Kalle

Die Sonde Cassini hat ebenfalls eine Stromversorgung, die mit Radionukliden betrieben wird. Es handelt sich dabei um drei Radioisotopenelemente (Radioisotopic Thermoelement Generator) mit je 32.7 kg Brennstoff in Form von Plutoniumoxid. (oder rein rechnerisch dreimal 7.561 kg reines Plutonium). Alle zusammen liefern etwa 890 Watt.

(==>) kriegerdaemon

wie lang hält der treibstoff?

gruß eXplasm

hm, bei den Voyagersonden nun fast 30 Jahre...

Kommt halt drauf an wie du "Halten" definierst. Je mehr aktives Material zerfallen ist, desto mehr geht auch die Leistungsabgabe zurück. Dann liefert ein RTG mit nominell 800W vielleicht irgendwann nur noch 200W...
Irgendwann erreicht man dann eine Grenze, wo man nix mehr abschalten kann zum Strom sparen, das dürfte dann das ausfahrbare Limit sein...

Andreas

Hallo eXplasm,
bei Isotopen-Batterien verbraucht sich der "Treibstoff", wie Du es nennst, entsprechend der Halbwertszeit des Isotops. Nach genau dieser Zeit sind die Hälfte der Isotopen zerfallen, die Wärmeentwicklung ist dann nur noch halb so hoch, das angeschlossene Thermoelement liefert (je nach Kennlinie) entsprechend weniger Strom. Nach der doppelten Halbwertzeit ist dann nur noch ein Viertel vorhanden etc... (Sie sind robust, da sie ohne bewegliche Teile arbeiten.)
Bei Triebwerken (z.B. elektrostatisches Ionentriebwerk) musst Du unterscheiden zwischen Energielieferant und Schubmasse (das Zeug, das auf Plasmatemperaturen erhitzt, im elektrischen Feld beschleunigt und per Schubstrahl ausgeblasen wird). Die Schubmasse hält, solange der Tank nicht leer ist. [:)]. Jedes überflüssige Gramm muss von Start an mitbeschleunigt werden, wie bei jeder anderen Rakete/Raumsonde auch.
Bei chemischen Triebwerken ist die Schubmasse gleichzeitig Energielieferant. Damit die Auströmgeschwindigkeit möglichst hoch wird (das Triebwerk möglichst effizient ist) wählt man Stoffe mit niedriger Atom/Molekülmasse. Bei gegebener Energie, sind die schneller als schwerere Moleküle (Ideal ist die Kombination aus Sauerstoff/Wasserstoff. Hinten kommt dann reiner Wasserdampf raus.) Die Menge macht's. Die Brenndauer kannst Du nach Minuten messen.
Bei elektrostatischen Ionentriebwerken, nimmt man dagegen Schubstoffe mit hohen Atomgewicht. Die Ausströmgeschwindig kontrolliert man schließlich über die Feldstärke des elektrostatischen Feldes (also über die angelegte Spannung im Kilovoltbereich). Kandidat ist u.a. Quecksilber. Die Schubleistung (Schubkraft je Sekunde) ist allerdings so gering, dass man schon im Weltraum kreisen muss, um diese Art von Triebwerk einzusetzen, dafür arbeiten die dann über Monate hinweg.