Mars rückt näher: Wie NASAs SR-1 Freedom das Reisen im All revolutionieren könnte

Die NASA plant, 2028 ein nuklearbetriebenes Raumschiff namens SR-1 Freedom zum Mars zu schicken. Dieses Vorhaben ist Teil des Ignition-Programms, das neben einer Mondbasis auch einen Nachfolger der Internationalen Raumstation umfasst. Die SR-1 Freedom soll als erstes nuklearbetriebenes Raumschiff die niedrige Erdumlaufbahn verlassen und zunächst als technisches Demonstrationsprojekt dienen, um die Machbarkeit nuklearer Raumfahrt zu überprüfen.

Erweist sich das Konzept als erfolgreich, könnten deutlich tiefere Erkundungen des Weltraums möglich werden, da Einschränkungen durch Solarenergie oder flüssigen Treibstoff überwunden würden. Gleichzeitig wird die SR-1 Freedom die Nutzlast Skyfall zum Mars transportieren. Skyfall besteht aus mehreren Helikoptern, die mit Sensoren die Suche nach unterirdischem Eis unterstützen. Obwohl bekannt ist, dass Wasser unter der Marsoberfläche existiert, zielt die Mission darauf ab, größere Eismengen nahe der Oberfläche zu lokalisieren, die für künftige bemannte Missionen von hoher Bedeutung sein könnten.

Das Raumschiff wird über einen Kernreaktor, ein elektrisches Antriebssystem sowie große Wärmesenken verfügen. Die NASA hat bereits zuvor mehrfach versucht, nukleare Raumfahrt zu realisieren, wobei über 20 Milliarden US-Dollar in mehr als ein Dutzend Projekte investiert wurden. Lediglich der 1965 gestartete SNAP-10A-Reaktor gelang erfolgreich in die niedrige Erdumlaufbahn und funktionierte 43 Tage lang, ehe ein Hochspannungsdefekt ihn außer Betrieb setzte. Der SNAP-10A verbleibt weiterhin in einem polaren Orbit.

Der Kernreaktor der SR-1 Freedom wird vorn im Raumschiff angebracht, während Elektronik und Antriebssystem im hinteren Bereich positioniert werden, um Strahlenschäden zu vermeiden. Die Auswahl des Trägers erfolgt aus bestehenden Optionen und unterliegt regulatorischen Prüfungen durch das Interagency Nuclear Safety Review Board. Die Hardwareentwicklung beginnt nach Abschluss des Designs, was rund 18 Monate in Anspruch nehmen wird. Die Montage soll im Januar 2028 starten, während Betankung, Tests und Zusammenbau des Reaktors bis zur Ankunft am Startplatz im Oktober 2028 andauern. Der Start ist für Dezember 2028 geplant, da dies das nächste verfügbare Startfenster zum Mars nach dem späten 2026er-Fenster ist.

Der nuklear-elektrische Antrieb liefert über 20 Kilowatt elektrische Leistung und wird mit existierender Raumfahrttechnologie kombiniert. Der Reaktor nutzt hoch- und niedrigangereichertes Uranoxid, und die Wärmeübertragung erfolgt über Wärmerohrsysteme mit Borcarbid-Strahlenschutzschicht. Das Advanced Closed Brayton Cycle Power Conversion System wandelt die Wärme in elektrische Energie um, die das Antriebssystem am hinteren Ende des Raumschiffs versorgt. Überschüssige Wärme wird über große Wärmesenken aus Verbundmaterialien und Titan abgeführt. Das Steuersystem des Raumschiffs befindet sich zwischen Wärmesenke und Antrieb und übermittelt Missionsdaten an die Erde.

Die Entscheidung für Nuklearenergie basiert auf der hohen Energiedichte, die nicht nur den Betrieb einer Mondbasis während der 14-tägigen Nacht ermöglicht, sondern auch Langzeitmissionen im tiefen Weltraum erleichtert. Solarenergie stößt insbesondere auf dem Mars oder jenseits des Jupiters an Effizienzgrenzen, während flüssige Treibstoffe aufgrund ihres Gewichts für lange Missionen eingeschränkt einsetzbar sind. Diese physikalischen Einschränkungen lassen sich durch nukleare Antriebe überwinden.

Die SR-1 Freedom stellt den ersten Schritt dar und wird von Projekten wie dem Lunar Reactor-1 für die geplante Mondbasis gefolgt. Ein erfolgreicher Einsatz der SR-1 Freedom könnte in den kommenden Jahrzehnten größere Reaktoren, bemannte Marsmissionen sowie potenzielle kommerzielle Beteiligungen von Unternehmen ermöglichen, die an der Nutzung nuklearer Raumfahrttechnologie interessiert sind.