Raumschiffantriebe jenseits der Feststoffrakete
Im Weltraum sind die Distanzen groß. Damit Menschen das All erforschen können, arbeiten Ingenieure an schnellen Antrieben für Raumschiffe. Manche sind bereits erfolgreich getestet, andere noch in der Planung.
Es existieren sehr verschiedene Varianten mit zahlreichen Vor- und Nachteilen, darunter technisch nahezu ausgereifte, in der Entwicklung befindliche und auch nur theoretisch vorgeschlagene Methoden. Das Fachgebiet ist Schauplatz aktueller Forschung sowie zahlreicher Spekulationen.
„Radikal neu denken“
Elektromagnetische Beschleunigung hat nur Grenzen durch die Lichtgeschwindigkeit, während alle chemischen Systeme (Verbrennung) durch die Energie der chemischen Prozesse beschränkt werden. So könnte man durch einen mit gewaltigen Lasern erzeugten photonischen Antrieb als Schub durch das Licht einen kleinen Roboter in drei Tagen zum Mars bringen und ein größeres bemanntes Raumfahrzeug in einem Monat.
Die lange Zeit für Reisen im Weltall setzt der Menschheit Grenzen. „Wir müssen unsere Strategie radikal neu denken oder unseren Traum aufgeben, die Sterne zu erreichen. Oder wir müssen auf eine Technologie warten, die nicht existiert“, schrieb der Physiker Philipp Lubin in einem Fachartikel.
Konzept für das Raumschiff am Sonnensegel
Die Top-Ten der „neuen“ schnellen Raumschiffantriebe
No. 10: das E-Sail
Bei dieser Antriebsmethode kommt ein kleines, leichtes Raumfahrzeug ohne eigenen Treibstoff aus. Es besteht aus kilometerlangen dünnen Drähten, die elektrisch geladen sind. Damit wirkt es wie ein virtuelles Segel, welches vom ebenfalls geladenen Sonnenwind angetrieben wird – und zwar bis auf 50 Kilometer pro Sekunde oder 180.000 km/h. Derzeit ist das E-Sail bei der Nasa in der Testphase (Stand April 2016).
No. 9: VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket)
Hier handelt es sich um ein Triebwerk, welches ionisiertes Plasma stark erhitzt und damit auch einen vergleichsweise hohen Schub erreichen kann. Bemannte Raumflüge sind damit also möglich. Er nutzt die Lorentzkraft, welche die Wechselwirkung zwischen einem Magnetfeld und elektrischem Strom beschreibt, und wird daher auch Lorentz Force Accelerator (LFA) genannt. Die Reisezeit Erde-Mars würde sich von mehr als 180 Tagen auf 39 Tage verkürzen
No. 8: der Hall-Effekt-Antrieb
Dies ist Ionenantrieb, der bereits bei Raumfahrzeugen zum Einsatz gekommen ist. Ionen werden durch ein Magnetfeld beschleunigt und ermöglichen Geschwindigkeiten von bis zu 80 Kilometern pro Sekunde oder 288.000 km/h. Allerdings ist der Antrieb nur für unbemannte Sonden geeignet.
No. 7: der Kaufman-Ionenantrieb
Ebenfalls ein Ionenantrieb, ermöglicht diese Technik mit vergleichsweise wenig Treibstoff eine hohe Geschwindigkeit. Allerdings ist der Schub sehr niedrig, die Beschleunigung dauert vergleichsweise lange. Der Antrieb ist daher nur für leichte, unbemannte Raumfahrzeuge geeignet. Diese Ionentriebwerke sind bereits seit fast 20 Jahren im Einsatz. Sie sollen in Zukunft Geschwindigkeiten von mehr als 80 Kilometer pro Sekunde oder 300.000 km/h möglich machen.
No. 6: der Fusionsantrieb
Bei der Verschmelzung von Atomenkernen, der Kernfusion, wird eine Menge Energie frei, die auch zum Antrieb von Raumschiffen eingesetzt werden kann. Ein theoretisches Konzept ist das bemannte Raumschiff „Discovery II“, bei dem Wasserstoff und Helium verschmolzen werden. Es soll eine Geschwindigkeit von mehr als 100 Kilometern pro Sekunde erreichen oder fast 400.000 km/h erreichen.
No. 5: Fission-Fragment Rocket
Ein Nuklearantrieb ist dieses Triebwerkskonzept. Hier werden dünne Scheiben von spaltbarem Material, etwa Uran-235, dazu gebracht, oberflächlich zu zerfallen. Dabei werden Ionen mit einer gewaltigen Geschwindigkeit freigesetzt. Die Nasa hat ein Raumschiff konzipiert, das auf rund 2000 Kilometer pro Sekunde beschleunigen kann. Das wären mehr als 50 Millionen km/h.
No. 4: der nukleare Pulsantrieb
Diese Antriebsmethode setzt ebenfalls auf die Kraft der Atome – in diesem Fall aber brachial: Hinter einem Raumfahrzeug sollen mehrere Atombomben gezündet werden, deren Explosionen das Raumschiff vorantreiben. Studien dazu gibt es bereits – das sogenannte Orion Projekt. Ihm wird eine theoretische Maximalgeschwindigkeit von bis zu 30.000 Kilometern pro Sekunde nachgesagt. Das sind 108 Millionen km/h oder 10 Prozent der Lichtgeschwindigkeit.
No. 3: der antimaterie-katalysierte nukleare Pulsantrieb
Er funktioniert ähnlich wie der Nukleare Pulsantrieb. Der Unterschied: Antimaterie wird als „Zünder“ verwendet, um eine Kernspaltung oder Kernfusion zu entfachen, welche das Raumschiff antreibt. Die mögliche Geschwindigkeit soll ebenfalls bei etwa 10 Prozent der Lichtgeschwindigkeit liegen.
Platz 2: der Laserantrieb
Ein Hoffnungsträger der Astronomie ist der Laserantrieb (siehe oben), der jüngst im Rahmen des Projekts „Breakthrough Starshot“ vorgestellt wurde. Ähnlich dem Sonnenlichtsegel führt das Mini-Raumschiff keinen Treibstoff mit. Ein mächtiger Laserstrahl soll das nur wenige Gramm leichte Gefährt auf bis zu 60.000 Kilometer pro Sekunde beschleunigen – oder 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit.
No. 1: die Antimaterie-Rakete
Sie ist der Superstar unter den technisch theoretisch machbaren Antrieben für Raumschiffe. Als Treibstoff soll Antimaterie dienen, die eine unvergleichbar hohe Energiedichte aufweist. Zu der möglichen Höchstgeschwindigkeit gibt es keine Berechnungen. Theoretisch aber sind Geschwindigkeiten zwischen 50 und 80 Prozent Lichtgeschwindigkeit denkbar. Das Hauptproblem jedoch: Die Menge an benötigter Antimaterie ist bisher nicht zu beschaffen.
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