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RAUMFAHRT: Weltall, wir kommen!


Sterne und Weltraum - epaper ⋅ Ausgabe 1/2021 vom 11.12.2020

Die großen Raumfahrtnationen und private Großinvestoren planen neue Erfolge im Weltraum. Auch einige Newcomer sind darunter. Trotz Coronakrise haben sie handfeste Pläne und spannende neue Ansätze. Was bringen das Jahr 2021 und die nahe Zukunft?


Das Entscheidungsjahr 2021

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Bildquelle: Sterne und Weltraum, Ausgabe 1/2021

Für die Mondlandung schlägt das »National Team« um Blue Origin ein dreistufiges Konzept vor: Die zylindrische Transferstufe verbleibt in der Umlaufbahn und fehlt daher hier, nachdem die Landung erfolgt ist. Wir erkennen noch die Abstiegsstufe und darüber die Aufstiegsstufe mit der Crew-Kabine.


Seien wir optimistisch und unterstellen ...

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... wir, dass die Weltlage in den kommenden zwölf Monaten nicht schlimmer wird, als sie es gegenwärtig ist, und wagen auf dieser Basis eine Vorhersage für das Raumfahrtjahr 2021. Beginnen wir dabei mit dem Artemis- Programm der NASA, dem Vorhaben, welches die Rückkehr von Menschen zum Mond zum Thema hat. Das erste der drei Schlüsselelemente, das Orion-Raumschiff, ist praktisch flugbereit. Man könnte es eigentlich gleich heute losschicken. Der limitierende zeitliche Faktor ist hier die Verfügbarkeit des SLS, des Space Launch System, welches das zweite Schlüsselelement darstellt. Es sollte nach den ursprünglichen Plänen bereits 2017 zur Verfügung stehen, doch jetzt wird es - nach vielfachen Verschiebungen und enormen Kostensteigerungen bei der Entwicklungsfirma Boeing - mindestens Oktober 2021, bis der Ersteinsatz erfolgen kann.

Wer bekommt den Zuschlag?

Mit dem Orion-Raumschiff und dem SLS alleine ist es aber nicht getan. Denn man braucht nicht nur ein Vehikel, mit dem man in einem weiten Bogen um den Mond herumfliegen kann, man benötigt auch als Schlüsselelement Nummer 3 ein Landegerät. Ende April 2020 wählte die NASA drei Unternehmen aus, die sich seither im Wettbewerb um den lukrativen Auftrag für Entwicklung und Bau des HLS befinden. HLS steht in der NASA-Terminologie für Human Landing System. Die drei Unternehmen sind Blue Origin von Amazon- Chef Jeff Bezos, der Technologiekonzern Dynetics und SpaceX von Elon Musk. Alle drei haben nicht nur sehr interessante, sondern vor allem extrem unterschiedliche Konzepte vorgelegt. Insgesamt gibt die NASA für diese bis Februar 2021 dau- ernde Programmphase 967 Millionen USDollar aus.

Einen Vorteil des ALPACA-Landers von Dynetics sieht man auf den ersten Blick: Die Astronauten haben den Mond quasi direkt vor der Veranda. Ein gefährliches Herunterklettern über viele Meter ist nicht erforderlich.


Die Mittel sind recht unterschiedlich verteilt und spiegeln den Glauben der Raumfahrtbehörde an die Realisierbarkeit der unterschiedlichen Konzepte wieder. Blue Origin, das im Rahmen eines Konsortiums mit der Bezeichnung »National Team« ein dreistufiges Transfer-, Landeund Aufstiegsmodul vorsieht, erhält mit 579 Millionen US-Dollar den Löwenanteil am Programmbudget. Dieses Design ist sehr konservativ in seiner Auslegung. Der Firmenverbund unter der Leitung von Blue Origin beinhaltet eine ganze Reihe der klassischen Raumfahrtfirmen wie Lockheed Martin, Northrop Grumman und Draper Industries. Komponenten und Systeme sind schon weit gediehen (siehe Bild S. 38).

Das in Europa wenig bekannte Unternehmen Dynetics bekommt 253 Millionen US-Dollar. Deren Entwurf namens Autonomous Logistics Platform for All-Moon Cargo Access, kurz ALPACA, ist schon deutlich progressiver. Es ist ein zweistufiges Konzept mit einem verblüffenden konstruktiven Ansatz, der unter anderem das Problem des Herauskletterns aus der Mondfähre elegant löst (siehe Bild oben).

Und schließlich kommt SpaceX (siehe SuW 8/2020, S. 26). Wie man es von diesem Unternehmen erwartet, ist es der bei Weitem revolutionärste Entwurf - ein riesiger, auf dem Starship-Konzept basierender, einstufiger und mehrfach wiederverwendbarer Lander mit schier unfassbaren Reserven. Dieses Design klassifizierte die NASA - wer will es ihr verdenken - als das am wenigsten realistische und fördert es daher nur mit 135 Millionen US-Dollar.

Zwei Angebote fielen in der Bewertung durch und wurden von der NASA keiner weiteren Betrachtung für würdig befunden. Eines davon war das von Boeing. Das Unternehmen ist in den letzten Jahren tief gesunken: erst das milliardenschwere Debakel mit der Boeing 737 MAX, dann die permanenten Verzögerungen beim SLS, schließlich die Qualitätsmängel beim bemannten Starliner-Raumschiff und nun - wie das Auswertekomittee mitteilte - eine glatte Themaverfehlung beim HLS.

Im Februar soll eine vorläufige Entscheidung über den oder die Lieferanten des HLS fallen. Dann steht ein administrativer Meilenstein an, der als »Continuity Review« bezeichnet wird. Ein, wahrscheinlich aber eher zwei Unternehmen werden dann ausgewählt, ein Vehikel für die Durchführung einer Demo-Mission ohne Astronauten zu bauen.

Aus diesen wahrscheinlich zwei Bewerbern wird nach der Demo-Mission ein einzelner Anbieter ausgewählt, der den Mondlander für die Artemis-III-Mission im Jahr 2024 bereitstellt, also genau das Vehikel, welches die Orion-Crew dann verwendet, um damit zur Mondoberfläche abzusteigen, sich dort etwa eine Woche aufzuhalten und wieder in die Mondumlaufbahn zurückzukehren. Insgesamt will die NASA für das komplette Entwicklungsprogramm des Mondlanders bis Ende 2024 18,4 Milliarden US-Dollar ausgeben.

Während diese Zeilen entstehen, wird am Kennedy Space Center das erste Orion- Raumschiff für die Artemis-I-Mission vorbereitet, die noch ohne Astronauten durchgeführt wird. Der Start in eine weite Mondumlaufbahn ist derzeit für Oktober 2021 geplant, und die Mission wird 26 Tage dauern.

Nach aktueller Planung folgt im August 2023 mit Artemis II der erste Flug des Artemis-Programms mit Astronauten an Bord. Die Orion wird auf einer freien Rückkehrbahn zum Mond und zurück fliegen, das heißt, das Raumfahrzeug bewegt sich ohne zusätzlichen Antrieb auf einer hochelliptischen Erdumlaufbahn um den Mond herum und wieder zurück. Dabei werden vier Astronauten an Bord sein und zusammen zehn Tage in der engen Kapsel verbringen.

Danach kommt die Stunde der Wahrheit: Gelingt der Artemis-III-Mission, die erfolgreiche Landung auf der Mondoberfläche mit dem beschriebenen Landevehikel? Sie ist derzeit für den Oktober 2024 angesetzt und wird 30 Tage dauern. Mindestens zwei Astronauten, darunter mindestens eine Frau, sollen dabei eine Woche auf dem Erdtrabanten verbringen.

Tom Cruise und das Ende der ISS

Die Betriebskosten der Internationalen Raumstation ISS werden heute zum weitaus überwiegenden Teil von der NASA bezahlt. Mit allem Drum und Dran und inklusive der Transporte von Crews und Fracht, der Zahlungen für die Bereitstellung von Sojus-Raumschiffen an Russland und aller sonstigen Nebenkosten gibt die NASA über vier Milliarden US-Dollar jährlich für den Betrieb der ISS aus - ein Betrag, der für die ehrgeizigen Zukunftspläne der US-Weltraumbehörde für den Mond und den Mars fehlt. Da müssen Ideen her, um diese Situation zu ändern. Und dafür muss man auch einmal über seinen eigenen Schatten springen.

Zuvor hatte die NASA den Weltraumtourismus zur ISS stets vehement abgelehnt und die einzelnen Vorstöße der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos in diese Richtung nur recht angesäuert kommentiert. Im Mai 2019 änderte die NASA aber überraschend ihre Haltung. Von nun an will auch sie Besucher auf der ISS akzeptieren. Jeder, der ein von der NASA genehmigtes kommerzielles Vorhaben beabsichtigt, körperlich fit genug ist und ein mehrmonatiges Ausbildungsprogramm absolviert hat, kann sich auf der Internationalen Raumstation aufhalten - für 35 000 US-Dollar am Tag.

Das sind allerdings nur die reinen Übernachtungsgebühren. Dazu kommen noch die Kosten für den Transport in einem Crew-Dragon-Raumschiff von SpaceX oder einem Starliner von Boeing. Sie berechnen zwischen 55 und 70 Millionen US-Dollar pro Person. Obendrauf gibt es ein ganzes Sammelsurium nicht gerade niedriger Nebenkosten, wie der Ausgaben für das Training. Dabei kommen leicht bis zu zehn Millionen US-Dollar hinzu. Insgesamt ist so ein Flug zum Außenposten der Menschheit alles andere als ein Schnäppchen. Aber grundsätzlich: Es geht. In den USA gibt es auch schon zwei Firmen, die solche Touren organisieren: Space Adventures und Axiom Space.

Im Mai 2020 gab die NASA bekannt, dass sie mit Tom Cruise in Kontakt stehe, um Aufnahmen für einen Film an Bord der ISS zu drehen, und ließ wissen, dass sie begeistert sei, mit dem berühmten Filmstar zusammenzuarbeiten. Wörtlich hieß es: »We need popular media to inspire a new generation of engineers and scientists to make NASA’s ambitious plans a reality.« (Deutsch: Wir benötigen die Medien um eine neue Generation von Ingenieuren und Wissenschaftlern zu inspirieren, die ambitionierten Pläne der NASA Wirklichkeit werden zu lassen.)

Cruise will im Herbst mit dem Filmregisseur und Kameramann Doug Liman und dem ehemaligen israelischen Militärpiloten Eytan Stibbe zur ISS fliegen. Das Raumschiff, ein Crew Dragon von SpaceX (siehe Bild unten), wird unter dem Kommando des ehemaligen NASA-Astronauten Michael López-Alegría stehen. Er ist nicht nur einer der erfahrensten Raumfahrer auf diesem Planeten, sondern seit seinem Ausscheiden bei der Weltraumbehörde auch Director of Business Development von Axiom Space, der Firma, welche diese Weltraumtour organisiert.

Mit der Ruhe auf der ISS ist es überhaupt bald vorbei. Schon für 2021 darf man dort - verglichen mit den früheren Jahren - einen geradezu tumultuösen Betrieb erwarten, nicht zuletzt deswegen, weil Russland zwei neue Module an der ISS andocken will. Seit November 2020 gibt es endlich den Regelbetrieb mit sieben permanenten Crew-Mitgliedern. Die Zeiten, in denen es pro Jahr nur zwei oder drei Besatzungen gab, die man schon Jahre im Voraus kannte, sind definitiv vorbei.

Hier wird die Mission SpaceX Demo-2 vorbereitet. Die Rakete mit der Crew- Dragon-Raumkapsel (oben) kommt an der Startrampe an. In einem solchen Raumschiff sollen dann auch Tom Cruise & Co. zur Raumstation ISS starten.

Die ISS im Jahr 2030

Doch Moment mal … Hochbetrieb auf der ISS? Dabei heißt es doch seit Jahren, dass das Ende der Internationalen Raumstation nahe ist? Riskieren wir doch einfach einmal einen Blick in das Jahr 2030 und spekulieren ein wenig. Dann könnte das Szenario wie folgt aussehen: Überraschenderweise existiert die ISS noch immer. Doch in den frühen 2030er Jahren zeichnet sich ihr Ende ab. Denn gegen Materialermüdung kann auch politischer Wille nichts ausrichten. Die ISS ist seit dem Jahr 2020 noch einmal deutlich gewachsen. Es gibt neben Nauka und Prichal, die 2021 dort angedockt haben, noch weitere neue russische Module. Auf der US-Seite hat Axiom Space seit Mitte der 2020er Jahre insgesamt vier Module am US-Segment angekoppelt. Damit ist der Samen für die weitere Bestimmung der ISS bereits gesät.

Auch die Module von Axiom Space, die etwa ab dem Jahr 2025 zunächst noch an die Internationale Raumstation andocken können, werden nach dem Ende der ISS eine eigene Orbitaleinheit bilden.


Video zur Montage der Axiom-Station:
suw.link/2101-Reichl

In den frühen 2030er Jahren wird die ISS im All auseinandergebaut. Manche der älteren Module und viele der neuen Einheiten können weiterverwendet werden. An manchen aber hat der Zahn der Zeit so genagt, dass man sie stilllegen muss.

Ein großer Teil der ursprünglichen Raumstation bleibt übrig. Um sie zu entsorgen, gibt es mehrere Optionen: Die eine besteht darin, in einer aufwendigen Aktion, welche Kosten in immenser Höhe verursachen würde, die nicht mehr brauchbaren Komponenten gezielt über dem Südpazifik zum Absturz zu bringen. Diese Möglichkeit wird heute viel diskutiert. Ich glaube aber nicht daran. Wenn man Teile der ISS tatsächlich unbedingt entsorgen will, kann man sie im Jahr 2030 mit einigen wenigen Flügen des Starship von SpaceX abholen, zur Erde bringen und ins Museum stellen.

Die andere Möglichkeit ist viel schöner, organisatorisch einfacher und vor allem billiger. Sie bestünde darin, die ISS auf eine höhere und relativ freie Umlaufbahn zu schieben, vielleicht 1200 Kilometer hoch, knapp unterhalb der Strahlungsgürtel der Erde. Dort erklärt man sie zum Weltkulturerbe - als Reiseziel für spätere Touristen und Historiker. In dieser Höhe bliebe die Bahn der ISS über viele Jahre stabil, ohne dass große Investitionen in Treibstoff und Antriebsinfrastruktur nötig sind. Man könnte einen solchen Orbit als die 500-Jahre-Bahn bezeichnen. Alle fünf bis zehn Jahre würde ein geringer Schub eines kleinen Antriebsmoduls genügen, um diese Bahn stabil zu halten. Sie verbliebe dann als im wahrsten Sinne des Wortes leuchtendes Symbol für den Abschluss der ersten Phase der astronautischen Raumfahrt gut sichtbar am Nachthimmel.

Die Axiom-Module werden mit einem zusätzlichen Steuerungs- und Antriebsmodul versehen und bilden danach eine eigene kleine Raumstation (siehe Bild oben). Ähnlich verhält es sich mit den noch verwendbaren Modulen des russischen Segments, das ebenfalls eine eigene nationale Raumstation von der Größe der ehemaligen Raumstation Mir bilden wird.

Internationale Module, die noch verwendbar sind, können entweder an der Axiom-Station weiter ihren Dienst tun oder zum lunaren Gateway (siehe SuW 2/2020, S. 16) verbracht werden und dort noch den Rest ihrer Lebenszeit nützlich sein.

Alles in allem sollten um das Jahr 2030 oder bald danach insgesamt mindestens fünf Raumstationen existieren: eine private US/Internationale Station, eine russische und eine chinesische Station, sowie eine kleine indische Raumstation. Nummer 5 ist das lunare Gateway, und möglicherweise bahnt sich dann auch schon als Nummer 6 die permanent besetzte Mondstation an.

Die neue Weltraumgroßmacht

Im Juli vergangenen Jahres machten sich drei Raumfahrzeuge auf den Weg zum Roten Planeten (siehe SuW 10/2020, S. 26). Zuerst startete am 13. Juli der Orbiter »Al Amal« (arabisch: Hoffnung), am 30. Juli machte sich der plutoniumbetriebene Rover Perseverance zusammen mit dem kleinen Ingenuity Mars-Helikopter der NASA auf die Reise. Und zwischen diesen beiden trat am 23. Juli auch Chinas hochkomplexe Orbiter-Lander-Kombination Tianwen-1 den sieben Monate langen Flug zum Mars an. Alle drei Raumsonden werden im Februar ihr Ziel erreichen.

Landungen auf dem Mars sind selbst im Jahr 2021 eine der schwierigsten astronautischen Übungen. Es gibt bislang nur ein Land, das diese Meisterklasse wirklich beherrscht: die USA. Die Sowjetunion hatte seinerzeit eine ganze Reihe von Versuchen unternommen, das zu bewerkstelligen. Doch nur eine einzige ihrer Landesonden, Mars 3, gab nach der Ankunft auf der Oberfläche des Roten Planeten ein Lebenszeichen von sich - für genau 20 Sekunden. Dann war sie tot. Zu wenig, um mit den damaligen Mitteln auch nur ein einziges Bild zu übertragen. Europa hat ebenfalls zweimal eine Landung versucht und ist beide Male gescheitert.

Tianwen-1 ist mit einem Startgewicht von über fünf Tonnen ein massives Fahrzeug, das dem Anspruch eines Landes gerecht wird, zur absoluten Spitze der Weltraumnationen zu gehören. Um dieses Raumfahrzeug überhaupt starten zu können, brauchte es eine der leistungsfähigsten Trägerraketen der Welt: die Langer Marsch 5 (siehe SuW 7/2019, S. 42, und Bild unten).

Diese Rakete benötigt China auch, um 2021 seine ersten beiden Raumstationsmodule in den Orbit zu hieven. Und damit wird nicht nur auf der ISS Hochbetrieb herrschen, denn mit dem Start des Tianhe- Zentralmoduls und wenig später dem Start des ersten Labormoduls mit der Bezeichnung »Wentian« werden wir die Eröffnung des zweiten astronautischen orbitalen Außenpostens erleben. In diesem Zusammenhang können wir in diesem Jahr zwei astronautische Raumflüge mit jeweils drei Personen an Bord erwarten.

Atomkraft für die Raumfahrt

Nun wollen wir einen kurzen Abstecher zu einem Thema machen, das in einer deutschen Publikation nicht ganz einfach zu bewerben ist, denn es ist hierzulande hoch emotional besetzt. Ich spreche von der Notwendigkeit des Einsatzes von Atomenergie. Auch auf diesem Gebiet wird es im Jahr 2021 wichtige Weichenstellungen geben. Nicht in Europa, denn hier ist das Thema tabu - aber in den USA und in Russland.

Generell ist es so, dass wir mittel- und langfristig in der Raumfahrt nicht um die Atomkraft herumkommen. Wenn wir in den tiefen Weltraum vordringen möchten, wenn wir eine industrielle oder erweiterte wissenschaftliche Nutzung des Weltraums mit In-situ-Gewinnung von Ressourcen aller Art haben wollen, wenn die Reisezeiten innerhalb des Sonnensystems in erträglichen Grenzen gehalten werden sollen, wenn wir uns jenseits der Jupiterbahn bewegen wollen, wenn wir uns zu Forschungszwecken in starke Strahlungsfelder begeben müssen, wenn wir auch Gegenden erforschen wollen, die im ewigen Schatten liegen (und das mögen mit die interessantesten Regionen sein), dann geht es nicht ohne Nuklearenergie (siehe Bild S. 44 oben).

Interplanetare Raumfahrt wird heute auf Trajektorien minimaler Energie betrieben, den Hohmann-Bahnen, auf denen es manchmal Jahre dauert, selbst kosmisch sehr nah gelegene Ziele zu erreichen. So wird die Jupitersonde JUICE auf verschlungenen Swing-by-Bahnen über sechseinhalb Jahre benötigen, um die relativ bescheidene Distanz von vier astronomischen Einheiten zu überbrücken. Häufig müssen wir Jahre darauf warten, bis eine besondere Stellung der Planeten eintritt, um ein Raumfahrzeug ins All zu schicken. Am bekanntesten sind hier die Startfenster zum Mars, die sich für Hohmann- Transferbahnen nur alle 26 Monate öffnen.

Chinas neue Großträgerrakete, die Langer Marsch 5, ist zuständig für die Transporte von Raumstationsmodulen in den Erdorbit und von großen Raumsonden zu Mond und Mars.


So stellen sich US-Ingenieure ein Raumschiff vor, das mit einem nuklearen Antriebssystem zum Mars reisen soll.


Der Einsatz von Reaktoren in Verbindung mit leistungsfähigen Ionen- oder Plasmatriebwerken könnte das obsolet machen. Reisezeiten zum Mars von nur wenigen Wochen wären dann möglich. Zum Jupiter käme man in einigen Monaten, und selbst die äußeren Planeten des Sonnensystems oder die Objekte des Kuiper-Gürtels wären schon in wenigen Jahren zu erreichen.

Wenn wir jedoch Raumfahrt so wie bisher nur in sehr kleinem und sporadischem Rahmen, erdnah oder auf das innere Sonnensystem bis hin zum Jupiter begrenzt und weitgehend ohne Astronauten betreiben wollen, ist Atomenergie nicht unbedingt nötig. Aber dann brauchen wir uns nicht Star Trek, Star Wars oder Cliff Allister McLanes schnellen Raumkreuzer Orion zum Vorbild nehmen, denn in diesem Fall werden wir unser gemütliches kosmisches Vorgärtchen niemals verlassen.

Für den Einsatz von Atomenergie in der Raumfahrt gibt es zwei große Hauptanwendungen: einmal die direkte Verwendung eines Kernreaktors als Antrieb, um Treibstoff aufzuheizen und durch eine Düse zu beschleunigen. Dies sind die nuklearthermischen Antriebe, von denen es eine große Anzahl unterschiedlicher Konzepte gibt. Wegen ihrer hohen spezifischen Impulsleistung wäre der einstufige Flug in den Orbit, der Heilige Gral der Raumfahrt, kein Problem mehr.

Die andere besteht darin, generell Kernkraft, in welcher Form auch immer, als Energieressource für alle Anwendungen in der Raumfahrt einzusetzen, bei denen Solarenergie entweder nicht ausreicht, nicht vorhanden ist oder für die eine hohe Energiedichte benötigt wird. Das können wiederum der Antrieb oder die Betriebssysteme eines Raumfahrzeugs sein, es kann sich aber auch um eine Anlage auf einem Planeten oder einem Mond handeln, die eine Basis mit Strom versorgt (siehe Bild unten).

Der erste Satellit, der Kernenergie als Mittel der Stromversorgung einsetzte, war Transit 4A im Jahr 1961. Er führte einen mit Plutonium-238 betriebenen Radioisotopengenerator mit sich, dessen Zerfallswärme in elektrischen Strom umgewandelt wurde. In der Raumfahrtterminologie werden solche Einheiten als »Radioisotope Thermoelectric Generators« oder kurz »RTGs« bezeichnet. Alles in allem haben die USA bis heute 28-mal solche RTGs verwendet, zuletzt für den Perseverance- Rover, der im Februar den Mars erreichen soll.

Der erste richtige Reaktor im klassischen Sinne war SNAP-10A im Jahr 1965. »Richtig« bedeutet, dass die Wärme durch eine kontrollierte Spaltreaktion erzeugt wird und nicht durch einfachen radioaktiven Zerfall wie bei den RTGs. SNAP-10A funktionierte übrigens nur 43 Tage im Weltraum und kreist seither immer noch über unseren Köpfen. Die Bahn ist so hoch, dass er dies auch noch einige weitere 1000 Jahre tun wird, wenn man ihn denn nicht aus der Umlaufbahn entfernt.

Beim Wort »Reaktor« spielt auch immer die Vorstellung einer gewissen Größenvorstellung mit. Die erfüllte SNAP-10A ganz bestimmt nicht. Er war nämlich nur etwa so groß wie ein kleiner Reisekoffer und wog ungefähr 290 Kilogramm. Trotzdem lag seine thermische Leistung bei 30 Kilowatt.

Unterwegs mit Kleinreaktoren

Um den unmittelbaren Bedarf für das astronautische Mondprogramm abzudecken, begannen im Oktober 2015 die NASA und die National Nuclear Security Administration des US-amerikanischen Department of Energy (DoE) mit einem Technologieprogramm mit der Bezeichnung »Kilopower«. Dabei geht es um einen kleinen modularen Reaktor für Raumfahrtanwendungen mit einer elektrischen Leistung von etwa zehn Kilowatt pro Einzelmodul (siehe Bild unten). Zum Vergleich: Zehn Kilowatt reichen auf der Erde aus, um zwei bis drei durchschnittliche Haushalte mit Energie zu versorgen. Eine Anordnung von vier oder fünf solcher Module wären für eine kleine Mondstation oder eine erste Marsbasis ausreichend.

Der Minireaktor verfügt über einen festen Kern aus hoch angereichertem Uran- 235, der über einen eingelassenen Kontrollstab reguliert wird. Es wäre auch der Einsatz von niedrig angereichertem Uran möglich, was aber automatisch die Leistung verringert, oder das System bei einer gegebenen Leistung vergrößert. Der Reaktorkern ist ungefähr so groß wie drei aufeinandergestapelte Rollen Toilettenpapier und arbeitet bei Temperaturen um die 800 Grad Celsius. Der Transfer von thermische in elektrische Energie wird mittels eines Stirling-Motors erreicht.

Am 2. Mai 2018 gab die NASA bekannt, dass die erste Testreihe mit einem Demonstrationsmodell abgeschlossen sei. Diese Versuche wurden in Nevada durchgeführt. Sie kulminierten in einem 28-Stunden-Dauertest, bei dem der Reaktor hochgefahren wurde, danach mit voller Leistung arbeitete und schließlich wieder sicher heruntergefahren werden konnte. Dabei spielten die Techniker auch alle denkbaren Fehlermodi durch.

Gerade in den Tagen, in denen diese Zeilen entstehen, versenden die NASA und das DoE die Angebotsausschreibung für die Entwicklung eines kompakten Reaktorsystems an die Industrie. Die Unternehmen werden nun ab dem Jahr 2021 auf Basis dieser Ausschreibung einen Zehn- Kilowatt- Spaltreaktor entwickeln, der bis spätestens 2027 auf den Mond gebracht werden soll. Er wird Langzeitaufenthalte auf dem Erdtrabanten ermöglichen, die vor allem die zweiwöchigen Mondnächte energetisch abdecken, für die Solargeneratoren keine Option sind.

Der Kilopower-Reaktor ist nur der erste Grundbaustein für eine zivile Nutzung der Kernenergie im All. Das Design ist skalierbar, das heißt, je größer der Reaktor, umso höher ist seine Leistung. Man kann aber auch einfach mehrere der Zehn-Kilowatt- Grundelemente zusammenschalten. Mit nur geringen Modifikationen lässt er sich nicht nur als stationäres Kleinkraftwerk betreiben, sondern auch für Antriebszwecke einsetzen, um etwa ein Ionentriebwerk (siehe SuW 12/2010, S. 28) oder einen Plasmaantrieb zu unterstützen.

Das russische Projekt Nuklon befindet sich in diesem Jahr ebenfalls in einem entscheidenden Stadium. Es hat zum Ziel, einen Ein-Megawatt-Reaktor für Raumfahrtanwendungen zu schaffen. Dabei handelt es sich wahrscheinlich um einen schnellen Neutronenreaktor mit einem Kühlsystem, das mit einem Edelgasgemisch aus Helium und Xenon arbeitet. Dieses System entsteht momentan bei KB Arsenal in St. Petersburg, bei Rosatom und beim Keldysch-Forschungszentrum. Gestartet werden soll es in Wostotschny, wo in den nächsten Jahren geeignete Anlagen entstehen werden. Der Reaktor wird erst im Weltraum aktiviert - ähnlich wie Kilopower.

Sein enormes Potenzial soll das System bereits beim für das Jahr 2030 geplanten Ersteinsatz ausspielen. Nach einem Flug in den Mondorbit, wo eine erste Sonde abgesetzt wird, folgt der Weiterflug zur Venus, wo ein weiterer Satellit platziert und ein Swing-by-Manöver erfolgen soll. Danach geht es weiter zum endgültigen Ziel, einem Jupitermond.

Die Verträge zwischen Roskosmos und den beteiligten Firmen, die bis zum Preliminary Design Review führen, sollten noch im Dezember 2020 abgeschlossen werden.

Die künstlerische Darstellung (links, S. 44) illustriert eine Kilopower-Anlage mit vier Basismodulen. Rechtes Bild: Mitglieder des Kilopower-Teams befüllten den Reaktor im März 2018 mit Brennstoff für das Experiment an der Nevada National Security Site.


All-Macht Indien

Russland hat eines, China hat eines. Die USA haben sogar drei. Europa hat keines. Dagegen hat sich weit gehend unbemerkt von der westlichen Öffentlichkeit auch Indien eines zugelegt: ein astronautisches Raumfahrtsystem. Dessen Anfänge gehen in Indien auf das Jahr 1984 zurück. Damals flog der Luftwaffenoffizier Rakesh Sharma als Gast des sowjetischen Interkosmos- Programms mit Sojus T-11 als erster und bislang einziger Inder in den Weltraum. Seit dieser Zeit verfolgt das aufstrebende Land konsequent den Weg zur Autonomie im Weltraum. Die Inder bauten immer fortschrittlichere Raumfahrzeuge und Raketentypen, und heute sind es Träger wie das Polar Satellite Launch Vehicle (PSLV) und das Geostationary Satellite Launch Vehicle (GSLV), die aus dem einstigen Raumfahrtentwicklungsland eine der bedeutenden Weltraummächte des Planeten gemacht haben (siehe Bild S. 46).

Indiens astronautischen Raumfahrtsystem trägt die Bezeichnung »Gaganyaan«. (Sanskrit: Himmelsfahrzeug). Entwickelt und hergestellt wird es von Hindustan Aeronautics Limited. Die Indian Space Research Organisation (ISRO) wird es als Auftraggeber betreiben. Das Raumschiff ist für eine zwei- bis dreiköpfige Besatzung ausgelegt. Es besteht aus zwei Komponenten: einem etwa 3,6 Tonnen schweren Crew- Modul und einem etwa drei Tonnen schweren Service-Modul. Zusammen werden sie als »Orbitalmodul« bezeichnet. Das Raumfahrzeug wiegt damit etwa 600 Kilogramm weniger als das ohnehin schon sehr knapp bemessene Sojus-Raumschiff. Allerdings muss dabei bedacht werden, dass dieser vorläufigen Ausführung noch einiges an Ausrüstung fehlt, die erst später benötigt wird, wie zum Beispiel ein Rendezvousund Dockingsystem.

Für die Planung der Flüge und die Vorbereitung der Crews wurde eine eigene Astronauten- Trainingseinheit in Bangalore geschaffen. Beim Training der Astronauten unterstützt Russland, das außerdem wichtige Subsysteme, wie das Lebenserhaltungssystem und das Thermalkontrollsystem liefert.

Die GSLV Mark III ist die Trägerrakete für Indiens bemanntes Raumschiff.


Der erste Einsatz mit Astronauten ist für den August 2022 geplant. Trotz der aktuellen Verschiebungen durch die Corona- Pandemie soll dieser Termin - das ist die feste Absicht der indischen Regierung - weiterhin bestehen bleiben. Die Einhaltung des Zieltermins ist wichtig, denn er markiert den 75. Jahrestag der indischen Unabhängigkeit.

Eine ganze Reihe von Tests fand bereits statt, wie zum Beispiel am 5. Juli 2018 die Erprobung des Startrettungssystems. Dabei wurde ein Rettungsfall (englisch: pad abort) simuliert, bei dem die Trägerrakete entweder noch auf der Startrampe steht oder erst eine geringe Flughöhe erreicht hat. Im Jahr 2021 soll es einen simulierten Flugabbruch (englisch: inflight abort test) in größerer Höhe und bei höheren Geschwindigkeiten geben. Wenn auch dieser gelingt, steht einem Einsatz mit Astronauten im kommenden Jahr nichts entgegen.

Ein weiteres Ziel für Indiens Raumschiff ist schon in Vorbereitung: Nachdem Indien keine Partnernation des ISS-Programms ist, muss auch hier eine nationale Lösung gefunden werden. Am 13. Juni 2019 gab der ISRO-Vorsitzende Dr. Kailasavadivoo Sivan bei einer Pressekonferenz anlässlich der Chandrayaan-2Mondmission bekannt, dass Indien den Bau einer nationalen Weltraumbasis ins Auge fasst. Diese aus zwei Modulen bestehende Kleinraumstation soll im Zeitraum 2025 bis 2027 realisiert werden.

Satelliten, Raumsonden und ein Großraumschiff

Man mag es schon gar nicht mehr lesen, bei diesem von unzähligen technischen Schwierigkeiten belasteten Projekt; aber in den vergangenen Monaten kam es schon wieder zu einer Startverschiebung des James Webb Space Telescope - dieses Mal um sieben Monate gegenüber dem zuletzt genannten Termin. Begründet wird die erneute Verschiebung durch Verzögerungen bei den Tests, hervorgerufen durch die Corona-Pandemie. Als neues Startdatum wurde nun der 31. Oktober 2021 festgelegt. Die Gesamtkosten des Vorhabens belaufen sich schon auf mehr als zehn Milliarden US-Dollar.

Das Weltraumteleskop James Webb soll nach diesem erneut revidierten Plan im August 2021 für die Startvorbereitungen in Französisch-Guyana eintreffen. Den erfolgreichen Abschluss der finalen Tests vorausgesetzt, soll es dann mit einer europäischen Trägerrakete des Typs Ariane 5 zum Lagrange-Punkt 2 gesendet werden.

Auch im Jahr 2021 wird, zum großen Missfallen der astronomischen Gemeinde, die Starlink-Konstellation weiter wachsen (siehe SuW 6/2020, S. 16). SpaceX plant dafür etwa zwei Dutzend Starts ein. Starlink ist aber nur eine einer ganzen Reihe von Kommunikations- und Erdbeobachtungskonstellationen - allerdings die einzige, auf die sich die Astro-Gemeinde eingeschossen hat. Das mag unter anderem daran liegen, dass Musk permanent gut sichtbar in allen Medien auftritt, während sich die Betreiber anderer Konstellationen relativ unauffällig in seinem »Windschatten « um den Aufbau ihrer eigenen Systeme kümmern.

Die US-Firma OneWeb startet nach einer mehrmonatigen Unterbrechung wieder, die Kuiper-Konstellation von Jeff Bezos wird an den Start gehen, und auch die chinesische Raumfahrtbehörde CNSA hat die Stationierung von mehr als 10 000 Kleinsatelliten angekündigt. Wenn es nach den Anträgen geht, welche die Satellitenbetreiber bei der Federal Communications Commission, kurz FCC, stellen (oder auch nicht, denn China nimmt an diesem Verfahren nicht teil), dann müssten in absehbarer Zeit weit über 100 000 Kleinsatelliten in niedrigen Erdumlaufbahnen über uns schwirren.

Die hier künstlerisch dargestellte USRaumsonde DART dient der Erforschung von Asteroiden. Sie soll noch in diesem Jahr starten.


Doch seien Sie beruhigt: Zu diesen absurden Zahlen wird es nicht kommen. Derartige hohe Größenordnungen werden genannt, um beim Aufbau eines Systems Reserven vorhalten zu können. Dann muss nicht jedes Mal der aufwendige Genehmigungsprozess aufs Neue durchlaufen werden, wenn möglicherweise ursprünglich zu niedrig angegebene Zahlen das notwendig machen. Aber um die 10 000 Einheiten können es am Ende schon werden.

Die Amateur- und Berufsastronomen werden sich in diesem Jahr jedoch nicht nur über Starlink & Co ärgern müssen, sondern können sich auf eine Reihe von interessanten Forschungsmissionen freuen. Neben dem schon erwähnten James Webb Space-Telescope und Artemis I sind mehrere unbemannte Mondmissionen geplant. Die spannenden US-amerikanischen Asteroiden-Missionen DART (siehe Bild oben) und LUCY treten genauso ihre Reise ins All an, wie das Röntgenobservatorium Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), welches ebenfalls aus den USA stammt.

Den spektakulärsten Raumfahrtbeitrag des Jahres verspricht jedoch erneut Elon Musk mit seinem SpaceX-Raumschiff der nächsten Generation, dem gewaltigen Starship. Im Jahr 2019 begannen die ersten Muskelspiele mit einem noch sehr rudimentären Prototypen. Seither gab es schon zwei überaus spektakuläre Testflüge in niedriger Höhe. Bei Bodentests kam es zu einer Reihe von RUDs, »Rapid Unscheduled Disassemblies «, wie Musk so etwas bezeichnet. Wir »Normalbürger« würden es einfach nur Explosion nennen. Musk ist generell der Meinung, dass einem in den frühen Versuchsphasen die Testvehikel ruhig um die Ohren fliegen dürfen, ja sogar müssen, denn andernfalls habe man einfach nicht konsequent genug getestet. Er will jedenfalls mit seinen Starships noch in diesem Jahr den Orbit erreichen. Schauen wir mal, ob ihm das gelingt. Es wird ein spannendes Raumfahrtjahr.

EUGEN REICHL war Mitarbeiter eines internationalen Raumfahrtkonzerns. Nun schreibt er für Internetportale und Zeitschriften und ist Autor mehrerer Bücher zum Thema Raumfahrt.

IN KÜRZE

■ Wie geht es dieses Jahr weiter mit dem Artemis-Programm der USA?

■ Welche Pläne haben private Raumfahrtunternehmen wie SpaceX oder Blue Origin?

■ Was starten die Raumfahrtnationen China und Indien im Jahr 2021?

Literaturhinweise

Konitzer, F.: Sonne, Mond und Starlink. Sterne und Weltraum 6/2020, S. 16 - 20
Reichl, E.: Missionsziel Mond. Vom neuen Wettlauf zum Erdtrabanten. Sterne und Weltraum 7/2019, S. 42 -
Stirn, A.: Europas verpasste Chance. Sterne und Weltraum 2/2020, S. 16 - 18
Stirn, A.: SpaceX startet mit Astronauten. Sterne und Weltraum 8/2020, S. 26 - 32
Das neueste Buch des Autors: Erschienen im Motorbuch-Verlag, Stuttgart 2020, ISBN 978-3-613-04260-5 (siehe auch SuW 10/2020, S. 90)


Blue Origin (www.nasa.gov/feature/nasa-selects-blue-origin-dynetics-spacex-for-artemis-human-landers)

Dynetics (www.nasa.gov/feature/nasa-selects-blue-origin-dynetics-spacexfor-artemis-human-landers)

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Axiom Space

astroYang Guanyu / Xinhua / picture alliance

NASA

NASA

Los Alamos National Laboratory

Photoshot / picture alliance

NASA / Johns Hopkins APL