Wie kann ein Raumschiff mit Atomantrieb zum Mars reisen?

Von den Planeten unseres Sonnensystems kommen außer der Erde nur die drei erdähnlichen Himmelskörper Venus, Merkur und Mars mit seinen Monden Phobos und Deimos für eine potenziell dauerhafte Besiedlung durch den Menschen in Betracht. Der amerikanische Science-Fiction-Film „Der Marsianer – Rettet Mark Watney“ aus dem Jahr 2015 thematisiert eine solche Kolonisation unseres Nachbarplaneten.

Wie könnte der Mars erobert werden?

Eine Reise zum Roten Planeten würde mehrere Monate dauern. Neben Weltraum-tauglichen Behausungen müsste ein leistungsfähiges Raumschiff konstruiert werden, dass seine Besatzung sicher zum Mars und zurück bringt.

Auf dem Mars gelandet müsste eine kleine Kolonie errichtet werden. Eine andere Variante wäre die Entwicklung von Raumstationen, die im Orbit des Roten Planeten kreisen.

Welche Pläne hat die Nasa?

Offenbar ist die Idee einer interstellaren Tour zum roten Nachbarn des Blauen Planeten so verlockend, dass die US-Raumfahrtbehörde Nasa gemeinsam mit dem amerikanischen Verteidigungsministerium Raketen mit Nuklear-Antrieb entwickeln will. Bis 2027 soll eine solche nuklearthermische Rakete gemeinsam mit einer Entwicklungsabteilung des Pentagons konzipiert und getestet werden, hat die Nasa vor nicht allzu langer Zeit mitgeteilt.

Das nuklear betrieben Raumschiff könnte zukünftig für bemannte Missionen zum Mars genutzt werden und würde die Flugzeit deutlich verkürzen, heißt es bei der Nasa. Bei dieser Technologie, die auch schon getestet worden sei, würden mit einem speziellen Nuklearreaktor extrem heiße Temperaturen erzeugt, die dann in einen Treibstoff geleitet werden.

Ist die Idee eines atomgetriebenen Raumschiffs neu?

Nein. Die ersten Überlegungen für eine atomgetriebene Rakete gab es schon im Jahr 1945. Zehn Jahre später initiierte das US-Militär ein Projekt namens NERVA. Ziel war es, die Energie aus der Kernspaltung, also nuklearthermische Antriebe für Flugkörper zu nutzen. In den Laboratorien von Los Alamos (US-Bundesstaat New-Mexico) entwickelt, wurden die ersten Tests Ende der 1950er Jahren auf dem US-Atomtestgelände in Nevada durchgeführt.

Um ein Flug per Atomrakete ins Weltall zu unternehmen, wurde ein kleiner Atomreaktor entwickelt, der sich durch Kernspaltung auf mehr als 2600 Grad aufheizt. Diese enorme Hitze lässt den flüssigen Raketentreibstoff wie etwa Wasserstoff explosiv verdampfen und erzeugt so den nötigen Schub für den Antrieb.

Was ist DRACO?

1973 wurde das NERVA-Projekt noch vor den ersten Testflügen mit einer echten atomgetriebenen Rakete gestoppt. Doch jetzt - 50 Jahre später  - hat die Nasa die Idee eines Atom-Antriebs im Rahmen der sogenannten X-NTRV-Rakete („Experimental Nuclear Thermal Rocket Vehicle“) wieder aufgegriffen.

Um diese Idee zu realisieren haben Nasa und das „Defense Advanced Research Projects Agency“ (Darpa), eine Behörde für militärische Forschungsprojekte des US-Verteidigungsministeriums, im Januar 2023 das DRACO-Programm (Abkürzung für „Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations“) ins Leben gerufen. Es soll den nuklearthermischen Antrieb für künftige Mond- und Marsflüge entwickeln.

Wie begründet die Nasa das Projekt?

„Zwar ist die Rückkehr von Menschen zum Mond mit dem Artemis-Programm die unmittelbare Priorität der Nasa“, erklärt Nasa-Direktor Bill Nelson. „Aber wir investieren auch in Technologien, die bemannte Missionen zum Mars ermöglichen sollen.“

Ziel der neuen Technologie ist es, die Flugzeiten zum Mond und Mars deutlich zu verringern – im Idealfall in nur 45 Tagen Nonstop zum Mars. „Mit der Hilfe dieser neuen Technologie könnten Astronauten schneller als je zuvor ins All und zurück gebracht werden“, sagt Nelson. „Das ist ein Schlüsselfaktor für bemannte Missionen zum Mars.“

Wie sieht der Zeitplan aus?

Der Zeitplan ist sehr ambitioniert. Die ersten Aufträge für die rund 500 Millionen Dollar (455 Millionen Euro) teure DRACO-Mission sind am 2. Juli 2023 vergeben worden. Das Unternehmen BWX Technologies soll den Kernreaktor für das Raketentriebwerk entwickeln. Die Nasa konstruiert das DRACO-Triebwerk. Die US-Rüstungsfirma Lockheed Martin  soll schließlich die Rakete bauen und testen. Für 2027 ist der Teststart der ersten atomgetriebenen Rakete in den Orbit geplant.

Wie könnte eine Besiedlung des Mars aussehen?

Noch weiter in den Bereich von Science Fiction bewegen sich Szenarien, in denen eine Besiedlung des Mondes, des Mars oder noch weiter entfernter Planeten angedacht wird. Doch ist eine solche interstellare Kolonisation überhaupt möglich? Wie eine – bisher rein fiktive – Besiedlung des Weltraums (auch von Mond und Mars) aussehen könnte, lesen Sie in diesem Artikel:

Wie riskant ist ein solches Projekt?

Über einen – nicht ganz unerheblichen – Aspekt des ambitionierten Projekts reden die Nasa-Experten nur wenig in der Öffentlichkeit: mögliche Gefahren und Risiken, die von einer nuklearthermischen Rakete ausgehen könnten.

Für den Teststart 2027 sei eine möglichst hohe Umlaufbahn zwischen 700 und 2000 Kilometern über dem Erdboden geplant, erläutert die Managerin des Nasa-Programms, Tabitha Dodson. Dort soll das Testvehikel mindestens 300 Jahre im Orbit verbleiben. Lange genug, um die Radioaktivität des Triebwerks auf ein sicheres Niveau abklingen zu lassen, so Dodson.

Doch was würde passieren, wenn die Rakete schon beim Start explodiert oder während des Testlaufs abstürzt? Würde das radioaktive Material weiträumig verteilt? Dazu hat die Nasa bisher noch nichts verlauten lassen.

Info: Mars-Häuser aus dem 3D-Drucker

Mars-Koloisation
Bereits 2019 hatte die Nasa im Rahmen ihres Programms „3D-Printed Habitat Centennial Challenge“ drei Modelle von permanenten Schutzräumen vorgestellt, in denen Astronauten auf dem Mond und Mars leben könnten.

1. Platz: SEArch+/Apis C
Auf Platz 1 landete das Team SEArch+/Apis Cor. Das Konzept sieht ein Habitat mit Löchern vor, durch das das Sonnenlicht einfallen kann.

2. Platz: Zopherus
Das Team Zopherus schlägt vor, die Mars-Häuser von einem mobilen Rover in 3D-Technik drucken zu lassen.

3. Platz: Mars Incubator
Beim Mars Incubator handelt es sich um ein modulares Design. Es besteht aus mehreren miteinander verbundenen Räumen, in denen Menschen leben und Pflanzen angebaut werden können.