Unbegrenzte Forschung im Weltall dank zuverlässiger Energie

Davon, wie gut man in den unendlichen Weiten des Alls in Raumschiffen die Energiefrage in den Griff bekommt, hängt auf entscheidende Weise der Erfolg von Missionen ab. Die Solarenergie ist dort draußen minimal, vor allem in der Jupiterbahn und jenseits davon. Auch rund um den Mars erschweren Nachtzeiten und Staubstürme eine stabile Energieversorgung.

Radioisotopen-Stromversorgungssysteme (Radioisotope Power System, RPS) stehen für eine Art von Kernenergietechnologie, die Wärme nutzt, um Strom für Raumfahrzeuge und deren wissenschaftliche Instrumente zu erzeugen. Diese Wärme wird durch den natürlichen radioaktiven Zerfall von Plutonium-238 erzeugt. RPS bilden seit mehr als 50 Jahren den Antrieb für NASA-Missionen (National Aeronautics and Space Administration). Das von der EU finanzierte Projekt "Space thermoacoustic radio-isotopic power system" (SPACE TRIPS) wurde nun auf den Weg gebracht, um eine wettbewerbsfähige europäische RPS-Technologie bereitzustellen.

Schwerpunkt ist die Steigerung des Grads der technologischen Reife der vielversprechenden gekoppelten thermoakustischen (thermoacoustic, TAc) und magnetohydrodynamischen (MHD) Stromerzeugung. Im Gegensatz zur konventionellen Stirling-Technologie mit Kolben, die sich in den Vereinigten Staaten in der Entwicklung befindet, braucht man bei der TAc-MHD-Erzeugung keine beweglichen Teile. Die thermische Energie des zerfallenden Radioisotops wird in Form von Schwingungen in mechanische Energie umgewandelt. Die mechanischen Schwingungen verursachen dann die Bewegung eines flüssigen Metalls in Gegenwart eines Magneten, wobei fließender Strom bzw. Elektrizität induziert wird.

SPACE TRIPS vereint Know-how in TAc- und MHD-Stromerzeugung, die beide in Europa weiterentwickelt, aber bislang noch nie zusammengebracht wurden. Numerische Simulationen unterstützten die Definitionen von Systemspezifikationen sowohl einzeln als auch in Verbindung. Der erste Teil des Projekts besteht somit in der Bestätigung der Durchführbarkeit dieser Kopplung im Allgemeinen, da man sie bislang noch nie realisiert hat. Der zweite Teil beinhaltet die Bestimmung der Machbarkeit der Anwendung im Weltraum, so dass das Team überdies den Platzbedarf des elektrischen Generators berücksichtigte.

In den kommenden Monaten wird man die Entwürfe optimieren und einen Prototypen anfertigen. Der Demonstrator wird dann erprobt, um erstmalig die Realisierbarkeit der Stromerzeugung mit einem gekoppelten TAc-MHD-Generator ohne massive bewegliche Elemente zu bestätigen. Dieser Meilenstein nicht nur für die Unabhängigkeit von EU-Weltraummissionen, sondern auch für die effiziente und kostengünstige Umwandlung anderer Wärmequellen wie Erdwärme oder Abwärme in Strom von hohem Stellenwert sein.