Raumfahrt: Mit Kernfusion in drei Monaten zum Mars

Eine neue Triebwerkstechnik soll die Reise zum Mars deutlich verkürzen. Der Nachbarplanet ist weit weg und eine Reise dauert entsprechend lange: Anderthalb Jahre veranschlagte bisher etwa Dennis Tito für eine Reise von der Erde zum Mars und wieder zurück. Die US-Raumfahrtbehörde Nasa geht gar von vier Jahren aus.

Mit den vorhandenen Raketentreibstoffen sei es kaum möglich, sich weit von der Erde zu entfernen, sagt John Slough, Wissenschaftler an der Universität von Washington in Seattle und Chef des Raumfahrtunternehmens MSNW. Er hat eine Triebwerkstechnik entwickelt, mit der sich die Reise zum Mars deutlich verkürzen lassen soll.

Magnetfeld komprimiert Metallringe

Kernfusion soll das Raumfahrzeug antreiben. Als Treibstoff wird das Wasserstoff-Isotop Deuterium dienen. Ein winziges Tröpfchen davon wird in die Brennkammer eingebracht. Ein Magnetfeld in der Kammer quetscht Ringe aus Lithium zu einer Hülse um den Tropfen herum zusammen. Die Ringe werden derart komprimiert, dass im Inneren der Hülle eine Fusionsreaktion ausgelöst wird.

Die Reaktion dauert nur einige Millionstelsekunden, setzt aber genug Energie frei, um die Metallhülle zu ionisieren. Das Magnetfeld stößt das Metallplasma dann mit einer Geschwindigkeit von 30 Kilometern pro Sekunde aus dem Triebwerk aus. Der Vorgang soll sich im Minutentakt wiederholen und so das Raumschiff antreiben. Einen bis drei Monate würde eine solche Rakete mit Fusionsantrieb (Fusion Driven Rocket, FDR) nach Ansicht der Entwickler zum Mars benötigen.

Solarstrom für Magnetfeld

Das Magnetfeld könne von Solarzellen des Raumschiffs betrieben werden, sagte MSNW-Forscher Anthony Pancotti dem britischen IT-Nachrichtenangebot The Register. Das Triebwerk nehme etwa 200 Kilowatt auf. Das entspreche in etwa der Leistung, die die Solarmodule der Internationalen Raumstation lieferten.

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Prototyp des Triebwerks im Labor der Universität von Washington in Redmond (Bild: University of Washington/MSNW)

Eine FDR soll nicht nur schneller sein als eine herkömmliche Rakete - ihr Start wäre auch deutlich günstiger, weil weniger Treibstoff benötigt werde, sagen die Forscher: Ein Sandkorn von ihrem Treibstoff erzeuge den gleichen Schub wie rund vier Liter herkömmlicher Treibstoff.

Zwei Mechanismen zusammen testen

Sloughs Team ist es bisher gelungen, die Deuterium-Tröpfchen herzustellen und sie auf die für die Fusion nötige Temperatur aufzuheizen. Zudem haben sie das Zusammendrücken von Ringen mit einem Magnetfeld getestet. Die Tests führten die Forscher um Slough mit Aluminium durch. In einem realen Triebwerk hingegen würde Lithium verwendet werden, da das Material sehr reaktiv ist. Im nächsten Schritt, der für den Spätsommer geplant ist, sollen die beiden Mechanismen zusammen getestet werden.

Sloughs Projekt wird von der Nasa im Rahmen des Programms Innovative Advanced Concepts (NIAC) gefördert. In den kommenden anderthalb Jahren sollen Slough und seine Kollegen zeigen, dass ihr Konzept realisierbar ist. Pancotti hält es für realistisch, bis 2020 eine funktionsfähige FDR zu konstruieren.