Mit Stromerzeugung an Bord den Weltraum erkunden
Stromerzeugung an Bord gilt als der Schlüssel zur Erforschung unseres Sonnensystems. Jenseits der Jupiterumlaufbahn, wo die Sonnenenergie minimal ist, stellen bislang Radioisotopen-Stromversorgungssysteme (Radioisotope Power System, RPS) die einzige Option dar. Bei diesem Typ der Kernenergietechnologie wird Wärme genutzt, um Strom für Raumfahrzeuge und deren wissenschaftliche Instrumente zu erzeugen. Diese Wärme wird durch den natürlichen radioaktiven Zerfall von Plutonium-238 erzeugt. RPS sind nicht wirklich neu. Sie dienen seit mehr als 50 Jahren als Antrieb für NASA-Weltraummissionen (National Aeronautics and Space Administration) in die Tiefen des Alls. Das EU-finanzierte Projekt SPACE TRIPS (Space thermoacoustic radio-isotopic power system) wurde ins Rollen gebracht, um europäische RPS-Technologie zu entwickeln. Schwerpunkt war die thermoakustische (TAc) und magnetohydrodynamische (MHD) Stromerzeugung. Im Gegensatz zur konventionellen Stirling-Technologie mit in den USA entwickelten Kolben 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. Diese mechanischen Schwingungen verursachen dann die Bewegung eines flüssigen Metalls in Gegenwart eines Magneten, wodurch fließender Strom bzw. Elektrizität induziert wird. SPACE TRIPS vereinte Expertenwissen aus den Bereichen TAc- und MHD-Stromerzeugung, um die Realisierbarkeit einer Kopplung unter Beweis zu stellen, wie sie noch nie zuvor gemacht wurde. Mit numerischen Simulationen unterstützte man die Definition technischer Systemdaten, sowohl einzeln als auch in Verbindung. Auf diese Weise wurden die Anforderungen an einen derartigen Stromgenerator für den Weltraum überdacht. Letztlich wurde ein Prototyp angefertigt und erprobt, um das Leistungsverhalten des gekoppelten TAc-MHD-Stromgenerators ohne bewegliche Teile zu bewerten. Erfolgversprechende Ergebnisse würden die Unabhängigkeit der europäischen Raumfahrtindustrie gewährleisten. Das neue RPS-System kann überdies bei der Umwandlung von Geothermie oder Abwärme in Strom Anwendung finden, was sowohl effizient als auch kostengünstig wäre.
Schlüsselbegriffe
Stromerzeugung, Raumfahrzeug, Radioisotopen-Stromversorgung, Radioisotopengenerator, SPACE TRIPS, thermoakustisch