NASA und DARPA wollen ein nuklear-thermisches Raketentriebwerk testen. Das DRACO Programm kann eine Voraussetzung für NASA-Missionen mit Besatzung zum Mars sein (English Version below).
Die NASA und die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) werden im Rahmen des Programms DRACO (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations) zusammenarbeiten.
Das Ziel des DRACO-Programms (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations) ist die Demonstration einer thermischen Nuklearrakete (NTR) in der Umlaufbahn. NTRs verwenden einen Kernreaktor, um den Treibstoff auf extreme Temperaturen zu erhitzen, bevor der heiße Treibstoff zur Schuberzeugung durch eine Düse ausgestoßen wird. Im Vergleich zu konventionellen Raumfahrtantriebstechnologien bieten NTRs ein hohes Schub-Gewichts-Verhältnis, das etwa 10.000-mal größer ist als bei elektrischen Antrieben, und einen zwei- bis fünfmal höheren spezifischen Impuls (d. h. eine höhere Effizienz des Treibstoffs) als bei chemischen Antrieben im Weltraum.
Phase 1 des DRACO-Programms bestand aus zwei Phasen. In Track A wurde ein Grundentwurf für einen NTR-Reaktor erstellt. Track B entwickelte ein operationelles Systemkonzept, um die operationellen Missionsziele zu erfüllen, und ein Demonstrationssystemdesign, das auf das operationelle System zurückführbar ist, sich aber auf die Demonstration des Antriebssubsystems konzentriert.
In den Phasen 2 und 3 des DRACO-Programms wird ein einziger Akteur für die Flugdemonstration verantwortlich sein, die bis zum Geschäftsjahr 2027 stattfinden soll. Dieser Akteur wird für den Bau des NTR und seiner Demonstrationssystemstufe verantwortlich sein. In Phase 2 wird ein Kaltfluss-Test des Raketentriebwerks ohne Kernbrennstoff durchgeführt. Phase 3 umfasst den Zusammenbau des mit Brennstoff versorgten NTR mit der Bühne, Umwelttests und den Start in den Weltraum zur Durchführung von Experimenten mit dem NTR und seinem Reaktor.
„Die NASA wird mit ihrem langjährigen Partner DARPA zusammenarbeiten, um bis 2027 eine fortschrittliche thermische Kernantriebstechnologie zu entwickeln und zu demonstrieren. Mit Hilfe dieser neuen Technologie könnten Astronauten schneller als je zuvor in den Weltraum und wieder zurück reisen – eine wichtige Fähigkeit zur Vorbereitung von bemannten Missionen zum Mars“, sagte NASA-Administrator Bill Nelson.
Der Einsatz einer nuklearen thermischen Rakete ermöglicht eine kürzere Transitzeit, was das Risiko für die Astronauten verringert. Die Verkürzung der Transitzeit ist eine Schlüsselkomponente für bemannte Missionen zum Mars, da längere Reisen mehr Vorräte und robustere Systeme erfordern. Die Entwicklung einer schnelleren und effizienteren Transporttechnologie wird der NASA helfen, ihre Ziele für die Reise vom Mond zum Mars zu erreichen.
Weitere Vorteile der Raumfahrt sind eine größere wissenschaftliche Nutzlast und eine höhere Leistung für Instrumente und Kommunikation. In einem nuklearen thermischen Raketentriebwerk wird ein Spaltreaktor verwendet, um extrem hohe Temperaturen zu erzeugen. Das Triebwerk überträgt die vom Reaktor erzeugte Wärme auf einen Flüssigtreibstoff, der expandiert und durch eine Düse ausgestoßen wird, um das Raumfahrzeug anzutreiben. Thermische Nuklearraketen können drei oder mehr Mal so effizient sein wie herkömmliche chemische Antriebe.
„Die NASA arbeitet seit langem mit der DARPA an Projekten zusammen, die unsere jeweiligen Missionen, wie z. B. die Wartung im Weltraum, ermöglichen“, sagte die stellvertretende NASA-Administratorin Pam Melroy. „Die Ausweitung unserer Partnerschaft auf den Nuklearantrieb wird dazu beitragen, das Ziel der NASA, Menschen zum Mars zu schicken, voranzutreiben.“
Im Rahmen der Vereinbarung wird das Space Technology Mission Directorate (STMD) der NASA die technische Entwicklung des thermischen Kerntriebwerks leiten, das in das experimentelle Raumfahrzeug der DARPA integriert werden soll. Die DARPA fungiert als Auftraggeber für die Entwicklung der gesamten Stufe und des Triebwerks, das auch den Reaktor umfasst.
Die DARPA wird das gesamte Programm leiten, einschließlich der Integration der Raketensysteme und der Beschaffung, der Genehmigungen, der Zeitplanung und der Sicherheit, der Sicherheit und der Haftung, und die Gesamtmontage und Integration des Triebwerks in das Raumfahrzeug gewährleisten. Im Laufe der Entwicklung werden die NASA und die DARPA bei der Montage des Triebwerks zusammenarbeiten, bevor die Demonstration im Weltraum bereits im Jahr 2027 erfolgt.
„DARPA und NASA blicken auf eine lange Geschichte erfolgreicher Zusammenarbeit bei der Entwicklung von Technologien für unsere jeweiligen Ziele zurück, von der Saturn-V-Rakete, die erstmals Menschen auf den Mond brachte, bis hin zur robotergestützten Wartung und Betankung von Satelliten“, sagte Dr. Stefanie Tompkins, Direktorin der DARPA.
„Der Weltraum ist für den modernen Handel, wissenschaftliche Entdeckungen und die nationale Sicherheit von entscheidender Bedeutung. Die Fähigkeit, durch das DRACO-Programm für thermische Kernraketen sprunghafte Fortschritte in der Raumfahrttechnologie zu erzielen, wird für einen effizienteren und schnelleren Transport von Material zum Mond und schließlich von Menschen zum Mars unerlässlich sein.“
Die letzten Tests von nuklearen thermischen Raketentriebwerken durch die Vereinigten Staaten wurden vor mehr als 50 Jahren im Rahmen der NASA-Projekte Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application und Rover durchgeführt.
„Mit dieser Zusammenarbeit werden wir unser Fachwissen aus vielen früheren Weltraum-Kernkraft- und -Antriebsprojekten nutzen“, sagte Jim Reuter, Associate Administrator für STMD. „Die jüngsten Fortschritte bei den Werkstoffen und der Technik in der Raumfahrt ermöglichen eine neue Ära für die Weltraum-Kerntechnologie, und diese Flugdemonstration wird ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Schaffung einer Weltraumtransportfähigkeit für eine Erde-Mond-Wirtschaft sein.“
Die NASA, das Energieministerium (DOE) und die Industrie entwickeln ebenfalls fortschrittliche nukleare Weltraumtechnologien für mehrere Initiativen zur Nutzung von Energie für die Erforschung des Weltraums. Im Rahmen des NASA-Projekts Fission Surface Power hat das DOE drei kommerzielle Projekte zur Entwicklung von Kernkraftwerkskonzepten vergeben, die auf der Oberfläche des Mondes und später des Mars eingesetzt werden könnten.
Die NASA und das DOE arbeiten an einem weiteren kommerziellen Projekt zur Entwicklung von Spaltbrennstoffen und Reaktorkonzepten für höhere Temperaturen als Teil eines thermischen Kernantriebs. Diese Konstruktionsbemühungen sind noch in der Entwicklung, um ein längerfristiges Ziel für eine höhere Engineleistung zu unterstützen, und werden nicht für den DRACO-Engine verwendet.
English Version
NASA, DARPA Will Test Nuclear Engine for Future Mars Missions
NASA and the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) announced Tuesday a collaboration to demonstrate a nuclear thermal rocket engine in space, an enabling capability for NASA crewed missions to Mars.
NASA and DARPA will partner on the Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations, or DRACO, program. The non-reimbursable agreement designed to benefit both agencies, outlines roles, responsibilities, and processes aimed at speeding up development efforts.
“NASA will work with our long-term partner, DARPA, to develop and demonstrate advanced nuclear thermal propulsion technology as soon as 2027. With the help of this new technology, astronauts could journey to and from deep space faster than ever – a major capability to prepare for crewed missions to Mars,” said NASA Administrator Bill Nelson. “Congratulations to both NASA and DARPA on this exciting investment, as we ignite the future, together.”
Using a nuclear thermal rocket allows for faster transit time, reducing risk for astronauts. Reducing transit time is a key component for human missions to Mars, as longer trips require more supplies and more robust systems. Maturing faster, more efficient transportation technology will help NASA meet its Moon to Mars Objectives.
Other benefits to space travel include increased science payload capacity and higher power for instrumentation and communication. In a nuclear thermal rocket engine, a fission reactor is used to generate extremely high temperatures. The engine transfers the heat produced by the reactor to a liquid propellant, which is expanded and exhausted through a nozzle to propel the spacecraft. Nuclear thermal rockets can be three or more times more efficient than conventional chemical propulsion.
“NASA has a long history of collaborating with DARPA on projects that enable our respective missions, such as in-space servicing,” said NASA Deputy Administrator Pam Melroy. “Expanding our partnership to nuclear propulsion will help drive forward NASA’s goal to send humans to Mars.”
Under the agreement, NASA’s Space Technology Mission Directorate (STMD) will lead technical development of the nuclear thermal engine to be integrated with DARPA’s experimental spacecraft. DARPA is acting as the contracting authority for the development of the entire stage and the engine, which includes the reactor. DARPA will lead the overall program including rocket systems integration and procurement, approvals, scheduling, and security, cover safety and liability, and ensure overall assembly and integration of the engine with the spacecraft. Over the course of the development, NASA and DARPA will collaborate on assembly of the engine before the in-space demonstration as early as 2027.
“DARPA and NASA have a long history of fruitful collaboration in advancing technologies for our respective goals, from the Saturn V rocket that took humans to the Moon for the first time to robotic servicing and refueling of satellites,” said Dr. Stefanie Tompkins, director, DARPA. “The space domain is critical to modern commerce, scientific discovery, and national security. The ability to accomplish leap-ahead advances in space technology through the DRACO nuclear thermal rocket program will be essential for more efficiently and quickly transporting material to the Moon and eventually, people to Mars.”
The last nuclear thermal rocket engine tests conducted by the United States occurred more than 50 years ago under NASA’s Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application and Rover projects.
“With this collaboration, we will leverage our expertise gained from many previous space nuclear power and propulsion projects,” said Jim Reuter, associate administrator for STMD. „Recent aerospace materials and engineering advancements are enabling a new era for space nuclear technology, and this flight demonstration will be a major achievement toward establishing a space transportation capability for an Earth-Moon economy.”
NASA, the Department of Energy (DOE), and industry are also developing advanced space nuclear technologies for multiple initiatives to harness power for space exploration. Through NASA’s Fission Surface Power project, DOE awarded three commercial design efforts to develop nuclear power plant concepts that could be used on the surface of the Moon and, later, Mars.
NASA and DOE are working another commercial design effort to advance higher temperature fission fuels and reactor designs as part of a nuclear thermal propulsion engine. These design efforts are still under development to support a longer-range goal for increased engine performance and will not be used for the DRACO engine.
Dr. Jakob Jung ist Chefredakteur Security Storage und Channel Germany. Er ist seit mehr als 20 Jahren im IT-Journalismus tätig. Zu seinen beruflichen Stationen gehören Computer Reseller News, Heise Resale, Informationweek, Techtarget (Storage und Datacenter) sowie ChannelBiz. Darüber hinaus ist er für zahlreiche IT-Publikationen freiberuflich tätig, darunter Computerwoche, Channelpartner, IT-Business, Storage-Insider und ZDnet. Seine Themenschwerpunkte sind Channel, Storage, Security, Datacenter, ERP und CRM.
Dr. Jakob Jung is Editor-in-Chief of Security Storage and Channel Germany. He has been working in IT journalism for more than 20 years. His career includes Computer Reseller News, Heise Resale, Informationweek, Techtarget (storage and data center) and ChannelBiz. He also freelances for numerous IT publications, including Computerwoche, Channelpartner, IT-Business, Storage-Insider and ZDnet. His main topics are channel, storage, security, data center, ERP and CRM.
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