Mit dem TRIGA zu den Sternenräumen?

“Die Erde ist die Wiege der Menschheit, aber der Mensch kann nicht ewig in der Wiege bleiben!”
Mit dem TRIGA zu den Sternenräumen?
Bringt uns die Kernenergie in den Weltraum?
Bernd Pfeiffer
Institut für Kernchemie, Mainz
AK Astronomiegeschichte der AG
• Persönliche Motivation
• Historische Einführung
- Atoms for Peace, General Atomic(s)
- TRIGA Reaktor und Projekt Orion
• Voraussetzungen
• Technische Probleme
• Woran scheiterte das Projekt?
• Alternativen: Projekt NERVA
Projekt Daedalus
• Fast im Kino verewigt
• „Wiedergänger“
• Nahe und ferne Perspektiven
Seminar für Kern- und Radiochemie
Mainz, den 27.11.06
1
(Unbewusste) Anleihe für den Titel
Hermann Oberth (1894-1989)
1923
Oberth war auch Berater bei dem UFAFilm „Die Frau im Mond“. Obwohl die
für die Premiere bestellte Rakete nicht
flog, scheint das Design später andere
inspiriert zu haben (V2 und s. links).
Die Form der Mondrakete werden wir
in einigen Minuten als ORION-Raumschiff wieder sehen (s. rechts).
1953
1954
Frau im Mond, Fritz Lang 1929
2
Raumfahrt und Radioaktivität
Dieses Thema taucht in der Presse immer auf, wenn eine Sonde mit Ziel äußeres Sonnensystem startet.
Das Reizwort Plutonium tut überdies seine Wirkung! So versammelten sich hunderte Demonstranten in
Florida beim Start der Cassini-Huygens Sonde. Neue Panik kam beim Swingby an der Erde auf.
Start 15.10.1997
Im Januar 2006 waren es dann nur noch
50 Demonstranten.
Heute geht es nicht um Pu-238 in den Radioisotopengeneratoren, sondern eher um Pu-239,
dem Grundstoff der Atombombe.
Swingby an Erde 18.8.1999
1170 km über Südpazifik
Angesichts der Zerstörungskraft der Bombe
kann man sich kaum vorstellen, dass man
ein Raumschiff mit Bombenexplosionen antreiben will, doch wurde es ernsthaft überlegt.
New Horizons: 19.1.2006
3
Anregungen zum Thema
Schon seit der Diplomarbeit befasse ich mich mit verschiedenen Aspekten der Kernspaltung, insbesondere mit den Eigenschaften kurzlebiger Spaltprodukte.
Seit einigen Jahren wendet unsere Gruppe kernphysikalische Daten in der nuklearen
Astrophysik an. Bei der Nukleosynthese in Typ II Supernovae treten sehr kurzlebige
neutronenreiche Kerne auf, die wir an Reaktoren oder Beschleunigern untersuchen.
Im Verlauf dieser Arbeiten bin ich dann den Mainzer Sternguckern beigetreten und
später auch der Astronomischen Gesellschaft.
TRIGA MARK II ForschungsBei diesem Hintergrund interessiert man sich für Nachrichten aus der
Astronomie und Raumfahrt, die etwas mit „Nuklear“ zu tun haben.
In letzter Zeit häuften sich Berichte über
ein Wiederaufleben alter amerikanischer
Projekte zur Anwendung der Kernenergie
in der Raumfahrt. Einige sprachen über
den Antrieb mittels Atombomben. Vor
langer Zeit hatte ich mal davon gehört,
hielt es aber für Science Fiction. Dann fand
ich die Erwähnung des Namens und dass
kürzlich ein Buch darüber erschienen sei.
neutronenquelle in Mainz
Elementhäufigkeit in Halostern
Ich bestellte das Buch mit Lieferadresse Institut. Als ich wenige Meter entfernt vom
Reaktor das Buch durchblätterte, fand ich zu meiner Überraschung ein Kapitel
über unseren Reaktortyp.
Was um Himmels willen hat unser Reaktor mit Bomben zu tun?
4
Da werden sie ihre Schwerter zu Pflugscharen und ihre Spieße zu Sicheln machen.
Denn es wird kein Volk wider das andere ein Schwert aufheben und werden fort nicht
mehr kriegen lernen.
Jesaja 2:4
„Atoms for Peace“
Auch mit der Absicht, weitere Staaten von der Entwicklung eigener Kernwaffen abzuhalten, schlug Präsident Eisenhower das Programm „Atoms
for Peace“ vor. Die USA waren bereit, Teile ihrer Nukleartechnologie anderen
Nationen für friedliche Nutzung zur Verfügung zu stellen.
So entstand z.B. der erste kommerzielle Reaktor in Shippingport 1957, der
Prototyp für die Druckwasser-Leistungsreaktoren. Damals standen aber die Anwendung von Radioisotopen in Medizin, Biologie, Werkstoffkunde im Vordergrund.
Eisenhower vor UNO
8. Dezember 1953
Zur Überwachung wurde 1957 die IAEA gegründet.
Von besonderer Bedeutung für unser Thema war die „Second Geneva Conference for the Peaceful Uses of Atomic Energy“ (1. – 13. September 1958).
Der Hauptanziehungspunkt der amerikanischen Ausstellung (mitten in Genf!) war
ein aus Kalifornien eingeflogener neuer Forschungsreaktor, der gerade noch
rechtzeitig während der Konferenz in Betrieb ging. Ein 2. Reaktor wurde ein Jahr
später dann von Präsident Eisenhower höchstpersönlich auf der Weltagrarmesse
in New Delhi in Betrieb genommen.
Eisenhower beauftragte Walt Disney mit der „Öffentlichkeitsarbeit“. Haber schuf
1956 die weitverbreitete Film-/Buch zum Film-Propaganda-Kombination.
Prof. Haber mit Mausefallen
Nach Osgood war es “psychologische Kriegsführung”.
“Total Cold War: Eisenhower's Secret Propaganda Battle
at Home and Abroad”,
by Kenneth Osgood, University Press of Kansas, 2006
5
Kontrastprogramm zu Los Alamos
„Atoms for Peace“ bewog de Hoffmann, eine Firma zur friedlichen Nutzung der Kernenergie zu gründen. Es gelang ihm, General Dynamics zu begeistern und im Herbst
1955 wurde General Atomic gegründet. Im bewussten Gegensatz zu den Arbeitsbedingungen in Los Alamos konzipierte er ein Firmengelände, das Sportplätze und
Schwimmbad umfasste. Das Herz der Anlage ist eine umfangreiche Bibliothek, die mit
einer Cafeteria gekoppelt ist.
Er konnte viele „Weaponeers“ überreden, die National Labs zu verlassen. Darunter
Personen, die irgendwie fühlten, dass es neben der Bombe auch positive Anwendungen der Kernenergie geben müsse. Manche wandten sich später gegen die Waffen.
Doch war GA nie eine Veranstaltung von Pazifisten, „Big Money“ ist bei den Militärs!
Im Sommer 1956 versammelte er eine ausgesuchte Schar von Koryphäen, die Vorschläge für Projekte machen sollten, die von der neuen Firma vermarktet werden könnten.
Edward Teller schlug einen „idiotensicheren“ Kernreaktor für Ausbildung und Isotopenproduktion vor. Eine alte Idee von Stan Ulam und de Hoffman zum Antrieb eines Raumschiffs wurde auch ins Auge gefasst: Project Orion. Bei der Inbetriebnahme des TRIGAPrototyps 1958 mitten im Kalten Krieg schlug Niels Bohr vor, dieses Projekt zusammen
mit Russland zu verwirklichen.
General Atomic, San Diego, ca. 1965
Frederic de Hoffmann
(1924-1988)
Der Durchmesser des Gebäudes wird noch eine 6
Rolle spielen.
The birth of TRIGA
The original TRIGA patent, “Reactor with Prompt
Negative Temperature Coefficient and Fuel Element
Therefor,” was filed on May 9, 1958, by Theodore
Taylor, Andrew McReynolds, and Freeman Dyson and
assigned to General Atomic on March 31,1964 (Fig. 4).
Die inhärente Sicherheit beruht auf dem negativen
Temperaturkoeffizienten der UZrH-Brennelemente.
7
Freeman Dyson (1923)
Theodore Brewster Taylor (1925-2004)
Keine Berührungsängste vor 50 Jahren
Nicht gerade der heutige Sicherheitsstandard!
http://www.ans.org/pubs/magazines/nn/vi-2003-11
Mit Abbildung der Mainzer Reaktorhalle!
8
Ankauf des Mainzer TRIGA-Reaktors
Günter Herrmann
„Atomminister“ Siegfried Balke
Frederic de Hoffmann
Fritz Straßmann
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“Die Erde ist die Wiege der Menschheit, aber der Mensch kann nicht ewig in der Wiege bleiben!”
Konstantin E. Ziolkowski, 1895
Lukianos, um 170 AD
Keplers „Traum“
Francis Godwin
Um 1600
Savinien Cyrano de Bergerac
„L‘autre-monde“ (1657/62)
„De la Terre à la Lune“
„Autour de la Lune“
Schon seit jeher träumten die Menschen davon, zu den Himmelskörpern zu fliegen und Kontakt zu
den dortigen Zivilisationen aufzunehmen.
Die schon seit dem 13. Jahrhundert militärisch eingesetzten
Raketen (Liegnitz 1241, Kopenhagen, Colonel Congreves
Raketencorps in der Völkerschlacht, Sezessionskrieg)
beflügelten auch den Erfindungsgeist potentieller Raumfahrer.
Der Mandarin Wan Hu soll 47 Raketen unter einem Sitz
befestigt haben und dann von seinen Dienern gleichzeitig
zünden lassen.
Man sah ihn nie wieder!
Wan Hu, ~1500
Congreve um 1815
10
Nur frühe Science Fiction?
THE MAN IN THE MOONE:
or
A Discourse Of A Voyage Thither
by Domingo Gonsales
[Francis Godwin, 1562-1633]
The Discovery of a World in the Moone (1638)
by John Wilkins (1614-1672)
Proposition 13.
That 'tis probable there may be inhabitants in this other World,
but of what kinde they are is uncertaine.
So, perhaps, there may be some other means invented for a conveyance
to the Moone, and though it may seeme a terrible and impossible thing ever
to passe through the vaste spaces of the aire, yet no question there would
bee some men who durst venture this as well as the other.
However, I doubt not but that time who is still the father of new truths, and
hath revealed unto us many things which our Ancestours were ignorant of,
will also manifest to our posterity, that which wee now desire,
but cannot know....
Beide Autoren waren anglikanische Bischöfe. Sie bekannten sich zu
dem heliozentrischen Weltsystem, trotz allgemeiner Ablehnung.
Beide suchen nach einer physikalischen Ursache der Schwere. Sie
folgen Kepler, der magnetische Kräfte annahm. Beide gehen davon aus,
dass die Wirkung mit der Entfernung abnimmt. Wilkins nimmt an, dass
die Kraft in 20 Meilen Höhe völlig verschwindet, Godwin lässt sie
mit 1/r abfallen.
11
The Universe is run by nuclear energy. Space will be conquered only by manned nuclear-powered vehicles!
Dr. Krafft Arnold Ehricke, Peenemünde, später USA (Atlas-Rakete)
Diesen Traum teilten auch alle frühen Raketenpioniere um 1900. Doch wie ihn verwirklichen zu einer Zeit
als Raketen nur zu Feuerwerken und als Signal- oder Postraketen† verwandt wurden?
Die Entdeckung der Radioaktivität 1896 versprach Wunderdinge. Lange setzten alle auf das 1898 von
Marie Curie entdeckte Radium, sei es die Strahlung oder die Energie. Doch sehr spekulativ! Als es
Gramm-Mengen gab, wollte man z.B. mit 880 Pfund Radium in 3 Tagen zur Venus fliegen.
Andere backten erstmal
kleinere Brötchen:
Der Verein für Raumschifffahrt mit der MIRAK, der
„Minimalrakete“, der ersten
Flüssigtreibstoffrakete.
Die REPULSOR erreichte
1 km Höhe.
In der ersten Serie der Weltraumabenteuer von Flash Gordon
1933/5 wird Radium in großen Öfen zum Heizen verwandt!
Doch gab es auch Vorahnungen:
H.G. Wells 1913/4
„The World Set Free“
Allerdings lässt er den atomaren
Krieg in einer Weltregierung
enden!
„The war to end all wars“
† Dyson war am 31.7.34 Zeuge der misslungenen
Vorführung einer Postrakete durch Gerhard Zucker.
Raketenflugplatz, ca. 1930
“Now I am become Death, the Destroyer of Worlds”
Ich bin die allesverschlingende Zeit und (bin) der
Ursprung der Dinge, die sein werden;
Bhagavad-Gita 10:34 (Lehren des Gottes Krishna)
12
R.J. Oppenheimer, Trinity Test Site,16.7.1945
Und dann träumten wir von der Atomenergie, die uns endlich den Antrieb für den Flug in die Unendlichkeit
des Raumes, zu den Sternen geben sollte.
Dornberger in „V2“
Nukleare ICBM statt Raumfahrt
Die meisten Physiker sahen in der 1938 von Hahn/Strassmann entdeckten
Kernspaltung jedoch nicht die zerstörerische Seite, sondern eine paradiesische
Zukunft für die Menschheit.
Insbesondere der 1942 von Fermi erbaute erste Reaktor schien den Weg zu den
Sternen zu eröffnen. Noch vor der ersten Explosion diskutierte man in den Labors
den Einsatz der Spaltung für Luft- und Raumfahrt. In Los Alamos beteiligten sich
daran z.B. Stan Ulam, Frederic de Hoffman, Fred Reines.
Auch in Peenemünde träumte man von der Atomenergie .
Nach anfänglicher Euphorie schliefen die Projekte um 1950 ein, die technischen Probleme
schienen in naher Zukunft nicht lösbar.
Ivy Mike 31.10.1952
Ulam-Teller-Prinzip
Der überraschend schnelle Fortschritt der sowjetischen
Kernwaffen- und Raketenentwicklung führte zu einem
Wiederaufleben. Die ersten Wasserstoffbomben waren
riesig, nicht beweglich. Testreihen 1956 ergaben zwar
die Aussicht auf kleinere Bomben hoher Sprengkraft.
Die Projekte für Raketen wie die ATLAS kamen aber
nicht recht voran und es war unsicher, ob sie ausreichen
würden.
Um sicher zu gehen, beschlossen die amerikanischen
Politiker und Militärs sowohl chemische als auch
nukleare Raketen zu entwickeln.
Redwing Cherokee
(20. Mai 1956)
Sprengkraft 3,8 Mt,
von B52 über Bikini
abgeworfen
13
Der Sputnik-Schock
Sputnik I 4.10.1957
Laika in Sputnik II
3.11.1957
12.4.61
Gagarin
† Nach
Der Start der ersten sowjetischen Satelliten
führte in der amerikanischen Öffentlichkeit zu
der panischen Angst, im Kalten Krieg zu
unterliegen. Jedoch war man nicht so weit
zurück, doch viele Köche verderben den Brei!
Die ARPA und NASA hatten die Aufgabe, die
vielen Programme zu koordinieren.
In diesem Klima, gepaart mit der damaligen
Überzeugung, das Atom könne alle Probleme
lösen (selbst Autos antreiben), wurden selbst
die unwahrscheinlichsten Vorschläge gefördert.
31.1.1958
Explorer 1 auf Juno C
Eine Modifikation der Redstone,
die i.W. eine V2 war.
Bei General Atomic erinnerte man sich eines Vorschlags, den Stan Ulam nach manchen Quellen
schon bald nach dem Trinity Test gemacht hatte:
Er wollte einen Atomsprengkopf mit einer Atombombenexplosion auf eine ballistische Bahn bringen †.
1955 hatte er mit C.J. Everett ein „realistischeres“
Ford Nucleon concept car, 1958
Projekt in Los Alamos ausgearbeitet.
Am Tag von Sputnik II unterbreitete General Atomic:
„Note on the Possibility of Nuclear Propulsion of a Very Large Vehicle at
Greater than Earth Escape Velocities“.
Nach intensivem Lobbying durch Ulam, Bethe, Teller genehmigte die ARPA
999750 $, da die eigentlich zuständige NASA noch nicht eingesetzt war.
anderen Quellen hatten Stan Ulam und Frederic de Hoffmann schon seit 1944 in
Los Alamos über anderweitige Nutzungen der Spaltung nachgedacht.
14
A Space Traveller‘s Manifesto
1958 verkündete die US Regierung zur Überraschung
der auf Geheimhaltung eingeschworenen Forscher,
dass man daran arbeitet, ein Raumschiff mit Atombomben anzutreiben.
Dieses Manuskript von Freeman Dyson bestätigt,
dass die Idee schon vor vielen Jahren von Ulam in
Los Alamos entworfen wurde und dass das Projekt
von General Atomic unter der Leitung von Ted Taylor
betrieben wird.
Die Regierung hatte aber den Namen des Projektes
geheim gehalten. Bei generell zu vermeidendem
Schriftverkehr sollte der Name nach einem Vorschlag
von Marshall Rosenbluth lautmalerisch mit „O‘Ryan“
umschrieben werden, um den Bezug zum Himmel zu
verschleiern.
Diese Geheimhaltungsmanie setzt sich bis heute
fort. Die meisten der Dokumente sind immer noch
klassifiziert. Vom 1. Antrag von GA darf noch nicht
mal der Titel bekannt gegeben werden.
Die NASA hat George Dyson sein Quellenmaterial für das
Buch für teures Geld abgekauft, darunter alte NASA Dokumente, die man bei der Agency nicht mehr finden konnte.
15
20 Jahre später wurden einige Los Alamos Reports freigegeben. LAMS-1955 schlägt den
„Externally-Ignited Nuclear Pulse“ Antrieb vor. Erwähnt werden ältere Reports von 1946 (Ulam)
und 1947 (Reines, Ulam).
„On a Method of Propulsion of Projectiles by Means of External Nuclear Explosions“.
C.J. Everett, S.M. Ulam
In diesem Report wird der Ulam-Teller-Mechanismus eingeführt: „…placing between each bomb and
the rocket a „propellant“ consisting of water or some plastic, which will be heated by the bomb,….“
Interessante Umschreibung einer Atombombe: „expandable reactor“
16
http://orion.ttsw.com/orionpdf/ulam%201955EXT%20NUCLEAR%20350011.pdf
„Some Schemes for Nuclear Propulsion“ (März 1958)
Frederick (Fred) Reines (1918-1998),
Nobelpreis 1995 für Entdeckung des
Neutrinos, hat sich auch mit der Anwendung der Spaltung in der Raumfahrt
beschäftigt.
17
http://www.sciencemadness.org/lanl2_a/lib-www/la-pubs/00339493.pdf
Externally-ignited Nuclear Pulse Rocket
Der Pulsantrieb für Raketen wurde schon früh vorgeschlagen:
1881 von N. I. Kibaltschitsch (1854-1881) und 1891 von Hermann Ganswindt
(1856-1934), Erfinder, die etwas zu früh geboren wurden.
Ihre Arbeiten waren aber Ulam, de Hoffman, Reines wohl nicht bekannt.
Nun werden beide durch einen Mondkrater verewigt.
Spaltbomben haben eine große Zerstörungskraft, und das gilt auch für die “kleinen” Atomgranaten.
Deshalb kann man die Bombe nicht wie bei einer chemischen Rakete in einer Reaktionskammer
zünden und die “Gase” durch eine Düse auslassen und zum Antrieb verwenden.
Ulams Vorschlag zündet die Bombe daher außerhalb des Schiffes und schickt eine Plasmawolke
auf das Heck, die das Gefährt anstößt.
Aber da selbst eine “kleine” Bombe eine Atombombe ist, hat das Schiff Riesenausmaße.
Als Prallplatte war in den ursprünglichen Plänen eine 15 cm dicke Stahlplatte mit dem Durchmesser 135 Fuß (entsprechend dem Bibliotheksgebäude von General Atomic) vorgesehen.
Um die Beschleunigungen für die Besatzung erträglich zu halten, war ein doppeltes Stoßdämpfersystem erforderlich, von dem niemand wusste, ob es im Vakuum funktionieren würde.
Und obwohl das etwa 100000 Grad heiße Plasma nur insgesamt eine Sekunde mit der Platte
wechselwirken würde, konnte nicht geklärt werden, inwieweit die Platte dadurch erodiert würde.
Spätere Projekte, wie z.B. Daedalus, untersuchten daher die Möglichkeit, “Miniaturwasserstoffbomben” einzusetzen. Die Explosionskräfte sind wesentlich geringer und man hoffte das
Plasma durch starke Magnetfelder vom Kontakt mit den Wänden abzuhalten. Gleichzeitig kann
man das Plasma noch beschleunigen und so höhere Geschwindigkeiten erzielen. Die geringere
Ausbeute pro Puls wird durch eine höhere Repetitionsrate kompensiert: 250 Fusionsereignisse
pro Sekunde statt etwa eine Spaltbombe pro Sekunde.
Kibaltschitsch hatte seine Arbeit im Gefängnis kurz vor der Hinrichtung geschrieben. N. Rynin fand sie im Archiv des Innenministeriums und publizierte sie 1918 im historischen Magazin БЫлое (Das Vergangene).
18
Um die absurd erscheinende Idee, ein Raumschiff mit Atombomben
anzutreiben, plausibel zu machen, waren noch 2 wesentliche
Schritte notwendig:
• „Lew Allen‘s Balls“
• Ulam-Teller Mechanismus
„Lew Allen‘s Balls“
Atombomben werden gebaut wegen ihrer Zerstörungskraft.
Wie kann man auf die wahnsinnige Idee kommen, sich in ein
Raumschiff zu setzen, hinter dem in 50 – 100 Metern Entfernung Bomben
explodieren?
Das sagte sich auch der Bombenspezialist Ted Taylor. Doch indirekt
beantworteten er und sein Physikerkollege Lew Allen diese Frage.
Tritium, das in H-Bomben zum Einsatz kommt, hat eine kurze mittlere Lebensdauer
von ca. 18 Jahren. Man befürchtete, dass es zu einer Verknappung kommen
könnte. Ted Taylor hatte die Idee, die bei den Testexplosionen freigesetzten
Neutronen zum Brüten zu verwenden. Doch dazu musste das Material direkt unter
der Bombe angebracht werden und so geschützt werden, dass man danach das
Tritium gewinnen könnte.
Damals war Lew Allen ein Kollege in Los Alamos, der an den Tests beteiligt war.
Er beschichtete Stahlkugeln mit Graphit und brachte sie nahe an den Bomben an.
Erstaunlicherweise überlebten „Lew Allen‘s Balls“ die 6 Mt Explosion von Castle
Bravo am 1.3.54. Bei anderen Tests zeigte es sich, dass generell Plastik einen
geringeren Abrieb als Metall hat.
Dr. Lew Allen (1925)
Nach seiner aktiven Militärlaufbahn wurde Allen Direktor des JPL. Zu seiner Zeit flogen die Voyagersonden am Saturn vorbei, und nicht ORION.
19
Ulam-Teller Mechanismus
Im luftleeren Raum des Alls würde eine Bombe keinen Antrieb liefern, sondern nur γ-Strahlung und Neutronen.
Stan Ulam kam die Idee, dass sein Mechanismus zur Zündung einer Wasserstoffbombe ein Ausweg wäre.
Am Beginn der Entwicklung der H-Bombe sah es so aus, dass die Schockwelle der Spaltbombe den Fusionsteil pulverisieren würde, bevor die Fusion stattfinden könne.
Edward Teller
1908-2003
Stanislaw (Stan) Ulam
1909-1984
Ulam schlug vor, Material durch die Röntgen- und γ-Strahlen der Spaltbombe zu verdampfen und das
entstehende Gas zur Kompression der H-Bombe zu verwenden. Die Strahlung ist schneller als die Schockwelle,
sodass die Fusionsbombe zünden kann. Teller und de Hoffmann führten die Idee von Ulam dann aus. Die
Absorption der Strahlung ist optimal für ein Gemisch leichter Elemente, wie in Polystyrol.
Für ORION wurde z.B. an Eis von den Jupitermonden oder Harnstoff gedacht.
„Magneto-Hydrodynamic Shocks“
20
de Hoffmann, F.; Teller, E. : Physical Review, vol. 80, Issue 4 (1950) pp. 692-703
Steht im Zusammenhang mit Tellers Arbeiten über Ursprung der Kosmischen Strahlung. Bombenanwendung?
Auch das ist nur ein Schema. Eine H-Bombe ist doch nichts für Hobby-Terroristen in der heimischen Garage.
21
Puls-Einheit für die Mars-Missionen mit NASA
Detaillierte Konstruktionspläne für diese Einheiten sind noch immer klassfiiziert. Zum einen will man nicht
verraten, wie klein eine Bombe werden kann (Gefechtsfeldbomben), und zum andern soll die Technik der
gerichteten Explosion geheim bleiben (Project Casaba-Howitzer, Star Wars).
[Doch siehe GOOGLE!]
Wolfram
Ted Taylor war Spezialist für Bombendesign,
besonders interessiert an Mini-Bomben, wie dem
W54-Typ, dessen Sprengkraft von ca. 15 bis 250
Tonnen TNT-Äquivalent ist.
Beryllium
http://de:wikipedia.org/wiki/Davy Crockett (Atomrakete)
Sie sollten sowjetische Panzerarmeen z.B. im „Fulda Gap“
stoppen. 2100 waren von 1961-71 im Truppeneinsatz.
Doch hat er auch die größte reine Spaltbombe konstruiert: Super Oralloy Bomb.
Beim „Ivy King“-Test wurden 500 kt freigesetzt. Sie war als Back-Up für die H-Bombe gedacht,
falls diese nicht machbar sein sollte. „Ivy Mike“ demonstrierte das Ulam-Teller-Prinzip
2 Wochen vorher, doch war sie nicht transportabel (65 Tonnen).
6.11.1952
Andere sagen, dass diese Bombe gebaut wurde, um die H-Bombe zu vermeiden, da
sie zu hohe zivile Verluste (Kollateralschaden) verursacht.
22
Was sind 100 Tonnen TNT?
Für Project ORION wurden möglicht kleine Sprengsätze
benötigt, unter 100 Tonnen TNT-Äquivalent. Das hatte man
zur Kalibration der Bombe schon 1945 explodieren lassen.
Frames aus DVD „Trinity & beyond“.
BLU-82/B (Daisy Cutter), die größte konventionelle Bombe, hat
5,7 Tonnen Al-Pulver und Ammoniumnitrat.
23
Teststarts mit konventionellem Sprengstoff
Das Magazin fasste 6 Sprengladungen.
Als Theoretiker
hält man lieber
einen Sicherheitsabstand ein.
24
Der “Putt-Putt”-Antrieb
Das Testfeld war eine alte Flakstation direkt
am Pazifik. Im Laufe der Testreihen siedelten
sich immer mehr (vermögende) Leute in der
Umgebung an. Sie erwirkten ein Ende der
recht lauten Tests.
Die Suche nach einem neuen Testgebiet war
langwierig. Als man schließlich fündig wurde,
beschloss an, dass keine weiteren Erkenntnisse
zu gewinnen wären und beendete die Flugtests
mit konventionellem Sprengstoff.
George Dyson erinnert sich, dass die Tests an Samstagen
durchgeführt wurden, damit auch die Familienangehörigen
zusehen konnten.
25
Offenes „nicht-nukleares“ Problem
Wechselwirkung des Plasmas mit der Pusher-Platte
Die Explosion schickt einen Strahl heißen Plasmas auf die Bodenplatte.
Dieses heizt sich auf 100.000 bis 200.000 Grad auf. Es wechselwirkt nur
Millionstel Sekunden, sodass die Gesamtzeit während einer Planetentour
zu Saturn weniger als eine Sekunde beträgt. Diese Plasmatemperatur ist
viel höher als in Sternatmosphären, doch viel kälter als in einer H-BombenExplosion.
Gleichzeitig hätte man den EMP
untersuchen können für das GAProjekt TREES – Transient Radiation Effects on Electronic Systems
Damals war dieser Bereich theoretisch nicht zu erfassen. Inwieweit die Bodenplatte abgetragen
würde, musste also praktisch erprobt werden. Tests mit konventionellem Sprengstoff sind nicht
geeignet. Tests in der Atmosphäre
waren nicht mehr opportun. Es
wird zwar gemunkelt, dass später
unterirdische Versuche in anderem
Zusammenhang stattfanden
(Diamond Dust am 12.5.70 für
seismische Erkennung von unterirdischen Tests), doch 1965 war
diese offene Frage mit ein Grund
für die Einstellung des Projekts.
Ein ungeplanter Test wurde 1957 bei der Plumbbob-Testserie vorgenommen, bei dem eine 900 kg
Eisenplatte auf nimmerwiedersehen in den Himmel katapultiert wurde.
http://en.wikipedia.org/wiki/Operation_Plumbbob
26
Offenes „nicht-nukleares“ Problem
Wie bringe ich die Bombe hinters Raumschiff?
Um die Bomben auszustoßen, dachte man an eine Art Hochgeschwindigkeitskanone. Am einfachsten sollte die Anbringung dieser Kanone in der Achse des Schiffes sein. Doch dann benötigt
man einen Verschlussmechanismus in der ca. 15 cm dicken Bodenplatte, der sich schneller als
in einer Sekunde öffnet und schließt.
Alternativ dachte man daran, mehrere Vorrichtungen seitlich anzubringen, die abwechselnd
arbeiten, womit man den Schließmechanismus
vermeidet und pro Kanone größere Intervalle
hat. Doch diese Kanonen wären dann dem
Plasma ausgesetzt.
Doch wie sollte man die Bomben so schnell aus
einem Lager zu den Kanonen bringen? Man
wandte sich an Coca-Cola wegen deren Erfahrung
mit Flaschenabfüllanlagen. Auf Grund der Geheimhaltung durfte man aber nicht erwähnen, was man
eigentlich vorhatte.
Die Machbarkeitsstudie sollte die physikalischen Grundlagen (Plasmaphysik) untersuchen. Selbst das Flugmodell wurde von GA finanziert. Selbstverständlich gab es Kontakte zu Maschinenbauern wie der Electric Boat
Company von General Dynamics, die das Nautilus Atomunterseeboot gebaut hatte. Taylor wollte keine
neuen Materialien, ORION wäre ein durch den Weltraum gleitendes stählernes Schiff geworden,
27
allerdings sehr geräumig und luxuriös verglichen mit den Apollo-Kapseln.
Offenes „nicht-nukleares“ Problem
Was passiert bei einer Fehlzündung?
Was passiert, wenn eine Bombe nicht zündet? Schwingen die Stossdämpfer zu weit aus?
Wie man so schnell eine Austauschbombe in den Auswurfmechanismus bringen wollte,
ist mir schleierhaft. Die ganze Zuführung war eine zukünftige Aufgabe für Ingenieure.
28
Die schwachen Sprengsätze erforderten die meisten Testexplosionen und waren sehr unzuverlässig.
Welche Missionen sollten die 4000 tons Schiffe durchführen?
Die romantische Vorstellung der ersten Zeit eines Familienausflugs zum Ringsystem des
Saturns war keine Basis für eine solide Finanzierung des Projektes.
Da Atombomben benötigt wurden, fiel das Projekt in die Zuständigkeit des Militärs. [Lew Allen war zeitweise zuständig bei der ARPA.] Doch fand man keine sinnvolle militärische Verwendung für ein Riesenschiff. Die NASA konzentrierte sich in den 60‘iger Jahren auf die Mondlandung, die mit konventionellen
Raketen angestrebt wurde. Wernher von Braun zeigte sich zwar interessiert, doch konnte die NASA nur
Planstudien finanzieren. Damals gedachte man, gleich nach der Mondlandung den Mars anzusteuern.
Zumindest in öffentlichen Reden, doch selbst die Mondlandung stand auf der Kippe!
29
Das Fehlen eines wirklichen Bedarfs dürfte ein Hauptgrund für das Scheitern sein.
Mars-Mission
Die Pläne von 1964 sind zwar etwas detaillierter, doch weit
von technischen Konstruktionszeichnungen entfernt.
Die 2800 „pulse units“ pro Schiff hätten 28% der jährlichen
Pu-Produktion erfordert. Die Realisierung all der Pläne für
die Erforschung des gesamten Sonnensystems hätte die
Installation einiger Schneller-Brutreaktoren vorausgesetzt.
7-Crew ship, launched with Saturn V
Die NASA lehnte dann die Beteiligung an den Nukleartests ab. Daraufhin gab die AirForce Order, das Projekt
„einzumotten“: Mit 2,8 Mio $ sollte das Know-how
in „Mothball Reports“ erfasst werden, um ggf. später
fortfahren zu können.
30
Pläne für Mars-Mission in
Zusammenarbeit mit NASA
Nachdem man keine vernünftigen militärischen Aufgaben für die Orion-Schiffe finden konnte, wurde das
Projekt 1963-65 in die Obhut der NASA übergeben.
Die Form der Konzeptstudien ähnelt jetzt mehr den
vertrauten Mondraketen.
ORION auf 1. Stufe der
Saturn-Mondrakete.
Ursprüngliches „Granaten“Design. Inspiriert von J. Verne,
Fritz Lang: „Frau im Mond“?
Die Schiffe sollten unbeladen mit Saturn-Raketen in einen erdnahen
Orbit gebracht werden. Dadurch wollte man radioaktive Kontamination der Erdoberfläche und der Atmosphäre vermeiden. Selbst in
den USA regte sich Widerstand gegen Bombentests.
Allerdings würde der Fall-Out beim Verlassen des Orbits (von ca. 100
Explosionen) entlang den Magnetfeldlinien doch zur Erde gelangen.
Weissbuch 1964, v. Braun: „Nuclear Pulse Propulsion System Its Potential Value for NASA“
NASA konnte es nicht wiederfinden nach Anfrage
von George Dyson, doch siehe später!
31
Trickfilm zum Plan einer Marsmission
Ich konnte leider keine Ausschnitte aus diesem Film
über die Flugversuche mit Sprengstoff finden.
Doch fand ich einen neuen Trickfilm mit einer Reise zum
Mars. Er zeigt einen Zwischenschritt in der Entwicklung.
Das Schiff hat noch die Granatenform, doch erfolgt der
Start von der Erdoberfläche mit klassischen Hilfsraketen.
Zum Start der Sequenz klicken.
http://www.nuclearspace.com/
32
„Those who have worked on Project Orion cannot lose sight of the dream that the bombs
which killed and maimed at Hiroshima and Nagasaki may one day open the skies to mankind.“
Dyson claimes that the cancellation of Orion was “the first
time in modern history that a major expansion of human
technology has been suppressed for political reasons.”
„Four groups of people were directly
responsible for the death of Orion:
- the Defense Department,
- the heads of NASA,
- the promoters of the test-ban treaty, and
- the scientific community as a whole.“
Anmerkung: Weder die allgemeine noch die wissenschaftliche
Öffentlichkeit erfuhr von dem Projekt vor der Einstellung, da
alles als streng geheim behandelt wurde.
Im Grunde genommen muss man diese Aussage
auf alle Raumfahrtprojekte mit Nuklearenergie
ausdehnen. Bei genauerem Hinsehen fallen alle
Post-Apollo-Pläne darunter.
In der frühen Phase nach dem Sputnikschock
strebte die US-Regierung nach „preeminence“.
Man wusste, dass amerikanische Elektronik der
russischen weit voraus war, man also nicht unbedingt auf große Raketen angewiesen war. Die
sowjetischen Erfolge wurden jedoch von der
Propaganda als Beweis für die Überlegenheit des
Sozialismus hingestellt. Die Mondlandung sollte
das Gegenteil demonstrieren.
In der Johnson- und Nixonära gab man das auf.
Die Politik stoppte z.B. die Flugerprobung des
NERVA-Systems aus Furcht vor den unkalkulierbaren Kosten der damit möglich werdenden Folgeprojekte wie bemannte Marsflüge.
33
Project ORION wurde in 7 Jahren mit lediglich 10 Millionen Dollar gefördert. Eine Fortsetzung der Studie
hätte also den Verteidigungshaushalt der USA kaum belastet. Doch es gab noch einen politischen Grund:
The USAF‘s Aircraft Nuclear Propulsion (ANP) Program
Die Entscheidung der USAF gegen
Project ORION beruhte teilweise auf
den Erfahrungen mit dem Programm,
einen nuklear angetriebenen Bomber
zu bauen.
One of two HTRE aircraft engines
in Arco, Idaho
Trotz Warnungen von Wissenschaftlern wie Oppenheimer hatte die Luftwaffe auf Grund eines Gutachtens der
John Hopkins University ab 1946 erkleckliche Mittel (7 Milliarden Dollar) in dieses Programm investiert, ohne je
auch nur in die Nähe einer Flugerprobung zu gelangen. Die Behauptung, die Sowjets hätten Flugversuche vorgenommen, führte 1958 sogar noch zu einer Intensivierung des Projektes. 1961 beendete Kennedy den Irrsinn
und lenkte einen Teil der Mittel in das APOLLO-Programm.
MacMamara fürchtete, dass ORION auch ein Fass ohne Boden würde.
Doch alles kommt wieder!
Das USAF Research Laboratory untersucht „quantum nucleonic reactors“
als Antrieb für monatelange Flüge von Drohnen. In 178mHf (T½ = 31 a) gespeicherte Energie soll durch Anregung mit Röntgenstrahlen in Form von γ-Kasaden freigesetzt werden. Die Strahlung soll dann Luft erhitzen zum Betrieb
von Jettriebwerken.
Nuklearer Global Hawk?
34
Imaginary Weapons: A Journey Through the Pentagon's Scientific Underworld,
by Sharon Weinberger
Warum scheiterte Project Orion und der TRIGA-Reaktor reüssierte?
Neben vielen noch offenen technischen Fragen, die teils nach dem Abschluss des Atomwaffentestvertrages† nicht mehr experimentell untersucht werden konnten, gibt es einen wesentlichen Unterschied zwischen beiden Projekten:
Überspitzt formuliert:
Beide Projekte können Aufgaben lösen,
doch der TRIGA-Reaktor befriedigt Bedürfnisse,
während es für Orion (damals) keine Aufgaben gab.
• Es war ursprünglich konzipiert als ein ziviles Raumfahrtprojekt. Doch wer hatte damals Ver-
wendung für die Nutzlast von tausend Tonnen?
• Ein Familienausflug zu den Saturnringen, romantisch, doch wer zahlt die Milliarden Dollar?
• Man benötigte Atombomben, also waren die Militärs mit im Boot.
• Die NASA befasste sich nicht mit Entwicklung von Antrieben, schon gar nicht nuklearen.
Ihre Aufgabe war die Durchführung von Flügen. Und APOLLO band alle Kräfte!
• Selbst die Militärs sahen keine rechte Verwendung für ein Raumschiff, das einen großen Teil
des Nuklearpotentials aufnehmen konnte.
• Nachdem die Militärs das Projekt beendet hatten, führte die NASA Designstudien für eine
Marsmission durch. Nach APOLLO XVII wurden jedoch alle außerirdischen Projekte gestoppt.
†
›Treaty Banning Nuclear Weapon Tests in the Atmosphere, in Outer Space and Under Water‹,
auch als ›Partial Test Ban Treaty‹ (PTBT) bezeichnet. Er trat am 10.10.1963 in Kraft.
Freeman Dyson war Berater der US-Regierung. Als Mitinitiator von ORION war ihm bewusst, dass
seine Entscheidung gegen Atomtests auch eine Entscheidung gegen ORION war.
35
Fiktive Geschichte der ORION-Raumschiffe
1964/5 Erste Marsmission mit
ORION Typ Mark II
1967 Patrouillendienst im Sonnensystem.
Abwehr von Asteroiden und Feinden der NATO
1983: Flotte diverser Schiffe wird in
Orbit zur Reise in äußeres Sonnensystem vorbereitet.
1970: 3 Schiffe haben Enceladus im Saturnsystem erreicht und beginnen mit Erforschung
und Betankung mit Eis.
1985: Konvoi bemannter Schiffe
erreicht Venus.
1998: Beginn der Erforschung von
Triton im Saturnsystem
Eine kleine Schar treuer Anhänger ist der Ansicht, dass Menschen bei Weiterführung des Projektes ORION mittlerweile das
ganze Sonnensystem bereist hätten. Optimisten sehen uns schon auf dem Weg zu fernen Sternen.
Doch wer sollte das finanzieren? Und woher all das Plutonium nehmen?
http://www.nuclearspace.com/gallery_project_orion_1.htm
36
Alternative: Project ROVER
Thermonukleare Raketenantriebe
Schema des thermonuklearen Antriebs
Ein Weg zur Nutzung der Kernspaltung
für den Antrieb von Raketen wurde bis
zu Triebwerktests auf dem Boden begangen. Dabei wird Gas über die Brennelemente geleitet, das sich stark erhitzt und
durch die Düse austritt. Das Gas kann
höhere Austrittsgeschwindigkeiten vG als
bei chemischen Reaktionen erreichen.
Doch begrenzt die Temperaturfestigkeit
der Reaktorteile die Geschwindigkeit. Für
die Tests wurde flüssiger Wasserstoff
eingesetzt, den man erst zur Kühlung
verwendet.
Größenvergleich einiger Testreaktoren.
Alle nicht flugfähig!
PHOEBUS 2 war mit 5000 MWth einer der größten
je gebauten Kernreaktoren überhaupt.
1953 war man sich nicht sicher, ob chemische
Raketen Wasserstoffbomben bis in die UdSSR
befördern können. Project ROVER sollte atomar
angetriebene Interkontinentalraketen untersuchen.
Zwei Projekte gediehen bis zu Tests am Boden:
Teststand in Nevada
NERVA und PLUTO.
Tests in Nevada
Russische Radarsatelliten hatten teilweise Kernreaktoren an Bord zur Stromversorgung. Nach einem
Absturz über Kanada mit Kontamination wurden die amerikanischen Tests eingestellt.
http://www.aemann.pwp.blueyonder.co.uk/spacecraft/nerva/nerva.html
37
Project NERVA
Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application
Ähnliche Entwicklungen gab es auch in der
Sowjetunion. Gerüchteweise sollen extrem hohe
Temperaturen im Reaktor erreicht worden sein, die
z.B. für die Anwendung in einem Kugelhaufenreaktor
interessant wären.
Mit dem Ende der SU starben auch diese Projekte
1990, ohne dass es eine Flugerprobung gab.
Flugfähiges Modell
Vorgesehen für Marsmission auf
einer Saturn IV. Eine weiterentwickelte Saturn V hätte die gleiche
Nutzlast zum Mars bringen können.
Nur viel billiger!
Die NASA machte dann noch Pläne für eine Marsmission. Bedingt durch eine Hinwendung des öffentlichen Interesses zu irdischen Problemen (und den
Kosten des Vietnam-Krieges), wurden alle bemannten
Missionen außerhalb des Randes der Erdatmosphäre
eingestellt.
1969 wurde die Marsmission, 1973 dann ROVER
aufgegeben. Die Kosten werden auf 1,4 Mrd. Dollar
geschätzt (heutiger Wert etwa 5 Mrd. Dollar).
Wiederbelebungen unter den beiden Bushs scheitern
u.a. auch wiederum an den Kosten für die Irakkriege.
RD-410
Mars-Mission
Bernd Leitenberger z.B. gibt eine umfassende Beschreibung des Projektes
mit den Vor- und Nachteilen des nuklearen Raketenmotors:
http://www.bernd-leitenberger.de/nukleare-antriebe.html
38
Project PLUTO
SLAM ─ Supersonic Low Amplitude Missile
Project Pluto wurde 1957 vom Livermore Nationallaboratorium
im Rahmen von Project Rover gestartet. [Es war ein Trostpreis,
da Los Alamos den Löwenanteil am Geld für die ICBM erhielt!]
Während NERVA ballistische Raketen antreiben sollte, wollte
man in diesem Projekt tieffliegende Marschflugkörper entwickeln,
also Nachfolger der V1.
Nukleare Super-V1
Verschiedene Reaktoren wurden auf dem
Boden getestet, während der Arbeiten an einem
Flugmodell wurde das Programm beendet.
Das leistungsfähigste Modell Tory IIC hatte einen
500 MW Reaktor. 465000 oxidische Brennstäbe
in Hexagonalform waren von 27000 Luftkanälen
durchzogen.
Der Reaktor wurde 1964 für 45 Sekunden betrieben. Der Schub von 170 kN hätte für Mach 3
gereicht. Doch in 45 Sekunden kommt ein „Cruise
Missile“ nicht weit!
Tory IIC
39
“Rover gives promise of some day providing a means for even more exciting and ambitious exploration of space,
perhaps beyond the Moon, perhaps to the very end of the solar system itself.”
J.F. Kennedy, 25. Mai 1961
Präsident Kennedy wird von Nobelpreisträger Glenn T. Seaborg,
dem Chairman der US Atomic Energy Commission, durch das
Testgelände geführt.
Auflistung fieser politischer Machenschaften!
Kennedys Besuch fand 6 Wochen
nach der Kuba-Krise statt. Beim Flug
von Nevada zurück nach New Mexico
wurde der Sedan-Krater überflogen.
Ein tief beeindruckter “Oberster Kriegsherr” wollte unbedingt am Krater landen
und hineinsehen, was aber nicht möglich
war.
Sedan Test (6. Juli 1962) 104 kt
1280 Fuss weit, 320 Fuss tief
Raketenabwehr wurde von Kennedy auf höchste Prioritätsstufe gesetzt. Die Restmannschaft von ORION 40
nahm CASABA-HOWITZER im Rahmen von Project DEFENDER auf.
41
Seaborg in „Goldenen Buch“ der Kernchemie Mainz
Vorteile des nuklearen Antriebs?
[s]
Raketengrundgleichung:
Hohe Gasgeschwindigkeit vG und
hohes Verhältnis Start- zu Endmasse
bedeuten hohe Geschwindigkeit
Um hohe Verhältnisse Nutz- zu Startgewicht
und/oder hohe Endgeschwindigkeiten zu erreichen,
muss die Austrittsgeschwindigkeit des Treibstoffs
möglichst hoch sein. Ein Maß für die Effizienz
eines Antriebssystems ist der spezifische Impuls,
der fast in der ganzen Welt etwa der Austrittsgeschwindigkeit entspricht, in den USA noch durch
die Erdbeschleunigung dividiert wird.
NERVA ist noch kein beeindruckender Fortschritt,
alle revolutionären Konzepte wurden jedoch noch
nie erprobt.
Für interstellare Flüge kämen nur die letzten
Konzepte in der Liste in Betracht, alle noch weit
von einer Realisierung entfernt!
?
Bei Ionen- und Plasmatriebwerken wurden Spezifische Impulse
im unteren Tausenderbereich gemessen.
SUPER-ORION sollte mit 150 km Durchmesser und 20 Mil. H-Bomben 1/30 Lichtgeschwindigkeit
erreichen. Bis zum nächsten Stern eine Reisezeit von 150 Jahren!
42
Britische Eisenbahn patentierte Ufo
Im All gibt es keine Schienen. Trotzdem strebte in der Weltraum-Euphorie der sechziger und
frühen siebziger Jahre sogar die britische Eisenbahngesellschaft unendliche Weiten an.
In einer fliegenden Untertasse, angetrieben von einem Fusionsreaktor, sollten Passagiere
befördert werden. Diese Idee des Erfinders Charles Osmond Frederick ließ sich British Rail im
Dezember 1970 gar patentieren. Unter der Patentnummer 1310990 wurde es im März 1973
veröffentlicht.
Kurz gesagt sollten an einem Punkt unter dem Ufo Laserstrahlen so aufeinander treffen, dass in
einem unter Hochdruck genau dorthin gespritzten Flüssigtreibstoff eine "kontrollierte thermonukleare Fusion" stattfindet. "Möglicherweise supraleitende Magnete" an der Unterseite des
Gefährts könnten die Partikel aus dieser Fusionsreaktion vom Ufo ablenken.
Dies erinnert entfernt an das Daedalus-Projekt
kurze Zeit danach. Der Einschluss des Treibstoffs
in Pellets (Daedalus) statt in flüssiger Form war
jedoch realistischer. Ein Problem für beide
Projekte stellt der immense Energiebedarf für die
Laser bzw. Elektronenstrahlen dar.
Vorerst Science Fiction!
British Railways Board/Charles Osmond Frederick
Fliegende Untertasse: Gezeichnet und patentiert,
nur der Antrieb muss noch erfunden werden.
Allerdings gab es keine Verbindung zwischen den
Projekten. Daedalus war eine seriöse Projektstudie mit
Beteiligung von Fusionsforschern aus Culham.
URL: http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltraum/0,1518,405737,00.html
http://en.wikipedia.org/wiki/British_Rail_flying_saucer
43
Projekt Daedalus
Nach dem Ende von Project ORION führte die British Interplanetary Society 1973-77
eine Studie durch mit der Vorgabe, eine unbemannte Sonde in 50 Jahren zu dem 6 Lichtjahre entfernten Barnards Pfeilstern reisen zu lassen. Auch diese interstellare Rakete
sollte einen nuklearen Pulsantrieb verwenden, doch statt Kernspaltung sollte Kernfusion
zum Einsatz kommen. Mit Deuterium und He-3 gefüllte Pellets sollten mit Elektronenstrahlen durch Inertialkompression gezündet werden. An dieser Technik wird seit vielen
Jahren mit erheblichem Aufwand geforscht (Grund: Simulation von Wasserstoffbomben),
doch ist sie noch nicht einsatzfähig.
Es wurde überlegt, das Raumschiff
Kernreaktionen p/α-Be
im Orbit um einen Jupitermond zu
in inverser Kinematik
montieren. Aus der Jupiteratmoan Schild
sphäre wollte man die 50000 Tonnen
Treibstoff gewinnen. Und man umging
Second Stage
die Probleme mit Kontamination wie
Incorporating probe bays,
bei dem ursprünglichen Plan, ORIONscience instruments,
Schiffe vom Boden aus zu starten.
erosion shield, and
wardens
First Stage
Incorporating main
engine, thrusters and
main fuel tanks
Barnards Pfeilstern
Als Ziel der Reise hatte man Barnards Stern gewählt,
weil man damals glaubte, aus Bahnunregelmäßigkeiten den Einfluss von zwei Planeten auf den Stern
gefunden zu haben†. Dies erwies sich mittlerweile als
Fehlmessung, doch hätte man auch andere nahe
Sterne anfliegen können.
Vorgesehen war ein Vorbeiflug mit etwa 15% Lichtgeschwindigkeit. Autonome Sonden sollten vorher ausgesetzt
werden.
In 10000 Jahren wird er sich auf ca. 4 Lj annähern.
44
† Peter van de Kamp, AJ 68 (1963) 518
Project Daedalus Study Group
Die Machbarkeitsstudie wurde von einer Kerngruppe
von etwa einem Dutzend Fachleuten aus Luftfahrt
und Fusionsforschung durchgeführt.
Ein Anstoß war Fermis Paradox. Das Nichterscheinen von Aliens ließe sich verstehen, falls interstellare
Reisen technisch unmöglich wären. Die Autoren
zeigten ihrer Meinung nach, dass solche Flüge möglich sind für entwickelte Zivilisationen:
Wo also bleiben die Aliens?
Project leader Alan Bond, with the model of Daedalus used in
the filming of the TV series ‘Spaceships’ (Photograph by Mat Irvine)
Project Daedalus Study Group: A. Bond et al.,
''Project Daedalus - The Final Report on the BIS
Starship Study'',
45
JBIS (Interstellar Studies), Supplement 1978
2001 – Odyssee im Weltraum
In Kubricks Film war ursprünglich
vorgesehen, dass der Erfolg der
Genmanipulation am Affenmenschen Mond-Schauer durch den
Schweif radioaktiver Spaltprodukte
angezeigt werden sollte, den ein
ORION-Raumschiff auf dem Weg
zu Saturn hinterlässt.
• Doch 1968 waren Spaltbomben nicht mehr opportun, sodass
man einen anderen Nachweis wählte.
• Das Schiff Discovery hat Ausmaße und Gewicht der ORION,
doch hat es die Gestalt des Knochens, den Mond-Schauer in
den Himmel wirft, nachdem er einen anderen Menschenaffen
erschlagen hat.
• Als Energiequelle dient natürlich ein Kernreaktor, doch hat
die Discovery einen Ionenantrieb.
• Entgegen dem Roman von Arthur C. Clark ist das Reiseziel
im Film Jupiter und nicht Saturn.
TMA-1 – „Tycho Magnetic Anomaly 1“
Raumschiff Discovery I
Die Fähre zur Raumstation hat den
Namen ORION III. Zufall oder Absicht?
Die Produktionskosten entsprechen der Förderung
für Project ORION oder 1 Tag APOLLO-Programm.
Etwa gleichzeitig lief im Fernsehen die Serie
„Raumpatrouille“ mit einem Raumkreuzer
ORION. Es gab auch ein Schwesterschiff
HYDRA, also dienten die Sternbilder als
Namensgeber.
46
Wiedergänger
Project Prometheus
Reagans „Sternenkrieger“ nahmen die Ideen wieder auf, wie z.B. Casaba-Howitzer.
Bush-Vater wollte mit der (kurzlebigen) „Nuclear Systems Initiative“ die alten
Projekte wiederbeleben. Nach der Clinton-Ära knüpft Baby-Bush
an die Initiativen seines Vaters an, sei es der Irak-Krieg oder eine
Wiederbelebung des „Nuklearen“ auf allen Gebieten. Da die BushAdministration systematisch alle völkerrechtlich geschlossenen
Verträge in Frage stellt, stehen auch Projekte wie ROVER und
ORION wieder aus den Gräbern auf.
Studie 1962
ge
st
ri
ch
en
!
Revisiting Project Orion
by Sam Dinkin
Hardliner wie Dinkin fordern ein Überdenken der Entscheidung,
Project ORION wegen der durch den Fall-Out hervorgerufenen
Krebstoten abzusetzen. (Abschätzung Dyson: 10 pro Start)
„The morality of this is too simplistic: It kills people so let’s not do it.
That would rule out just about every human transportation type.“
Auf ein Ende des Atomwaffentest-Vertrags hoffen viele Leute in den USA.
Studie JIMO
Jupiter Ice Moons Orbiter
Nuklear-elektrischer Antrieb
W
eg
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Der Mars als 51. Staat der USA
Bu
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et
kü
rz
un
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http://www.thespacereview.com/article/309/1
47
EPPP ─ External Pulsed Plasma Propulsion
Freeman Dyson war 1999 erstaunt, als NASA-Wissenschaftler ihn im Institute for
Advanced Studies aufsuchten, um eine Einführung in Project ORION zu erhalten.
Sie hatten erkannt, dass alle fortgeschrittenen Antriebssysteme entweder keinen
wesentlichen Fortschritt bedeuten (wie ROVER/NERVA), oder aber weit von einer
Realisierung entfernt sind (Fusionsenergie, Antimaterie). Ihre Schlussfolgerungen
dürften nicht weit von von Brauns Weißbuch von 1964 entfernt sein.
SPACE TECHNOLOGY AND APPLICATIONS INTERNATIONAL FORUM - 2000
„External pulsed plasma propulsion and its potential for the near future“
J. A. Bonometti, P. J. Morton, and G. R. Schmidt
AIP Conference Proceedings 504 (2000) pp. 1236-1241
“The appeal of EPPP stems from its relatively low cost and reusability, fast interplanetary transit times, safety and
reliability, and independence from major technological breakthroughs. In fact, a first generation EPPP system
based on modern-day technology may very well be the only form of propulsion that could realistically be
developed to perform ambitious human exploration beyond Mars in the 21st century. It could also provide the
most effective approach for deterrence against collision between earth and small planetary objects — a growing
concern over recent years.”
Natürlich politisch korrekt Einsatz eines Plasmas, nur nicht „nuklear“ oder „Bombe“ erwähnen!
Die Ablenkung von Asteroiden/Kometen durch Rammen mit einem leichten Flugkörper (ohne
Sprengladung) sehr hoher Geschwindigkeit weicht von Hollywood ab, könnte aber gehen.
Doch keine neue Idee:
Johndale C. Solem, Los Alamos Nat. Laboratory
“Nuclear explosive propelled interceptor for deflecting objects on collision course with Earth”
Journal of Spacecraft and Rockets. Vol. 31, no. 4, pp. 707-709. July-Aug. 1994
Deep Impact „trifft“
9P/Tempel 1.
4. Juli 2005
48
Gelangt Projekt ORION doch noch auf den Mond?
Präsident Bush hat (wie sein Vater schon mal) der NASA aufgetragen, bemannte
Flüge zum Mond und Mars (statt Klimaforschung) durchzuführen (Project
Constellation). Jedoch will die NASA keine technologischen Durchbrüche erreichen,
sondern beabsichtigt, auf bewährte Komponenten aus dem Apollo-Programm und
Flaggenhissung auf dem Mond
war auch bei ORION vorgesehen. dem Spaceshuttle zu bauen. Die Trägerraketen verwenden die Feststoffbooster des
Niels Bohr hatte die UNO-Fahne Shuttle sowie weiterentwickelte Triebwerke aus dem Saturnprogramm: J-2x.
vorgeschlagen!
Die CEV-Raumkapsel (Crew Exploration Vehicle)
wird eine vergrößerte Apollo-Kapsel für 6 Personen
werden.
Sie soll ab 2010 die Shuttle-Flotte ersetzen.
Analog zum Apollo-Programm ist
vorgesehen dem Projekt und der
Kapsel den gleichen Namen zu
geben:
CEV with lunar lander
Project ORION
Ares V (schwerer Träger) (links),
Ares I (leichter Träger) (rechts)
Sofern der nächste Präsident nicht wieder alles stoppt!
Oder Bush schon vorher wieder alles auf Star Wars setzt!
Die Befürworter bemannter Marsflüge rechtfertigen die horrenden Kosten u.a. mit der Rückwirkung
neu entwickelter Technologien auf die Wirtschaft.
Was soll der Rückgriff auf Uralttechniken denn eigentlich bringen?
49
Darwinsche Evolution
im Land der “Creationists” und des “Intelligent Designs”
Reaktorstudien für das Project Prometheus wurden am Oak Ridge National
Laboratory durch Simulation auf Großrechenanlagen durchgeführt.
An sich nichts Ungewöhnliches!
Die Reaktortechniker suchten jedoch Hilfe in der Natur, und zwar bei der
Evolution von Lebewesen.
Die Studien wurden optimiert mit Hilfe von “Genetischen Algorithmen”.
Im Gegensatz zur normalen Vorgabe, den Profit zu maximieren, werden für die
Raumfahrt (eh ein Zuschussgeschäft) die Reaktoren auf
Sicherheit, Zuverlässigkeit und vor allem Gewichtsreduktion optimiert.
Sicher nicht nach dem Gusto von Bushs religiösen Fundamentalisten!
50
Technologisch-industrieller Spinoff
Für Projekt ROVER wurden Turbopumpen
für Flüssigwasserstoff entwickelt.
Sie ermöglichten das F1-Triebwek von
Saturn und die Triebwerke des Shuttle.
Vor den Triebwerktests des ROVER-Programms wurde LH2 nur in
kleinen Mengen für wissenschaftliche Experimente produziert.
Die beiden Vorratstanks fassen je 50000 Gallonen (später Speicher für eine
Million Gallonen). Diese Innovationen schafften eine neue Technik, die
„Cryogenics“†.
Durch den hohen Bedarf auch an Flüssigsauerstoff mussten neue
Werke gebaut werden Der Preis sank beträchtlich, wovon viele andere
Techniken (wie Schweißen) profitierten.
Die Raumfahrtprogramme sind sehr kostenintensiv, doch die Innovationen
wiegen sie (teilweise) wieder auf.
[Teflon gehört jedoch nicht dazu.]
51
†
Die Kältetechnik wurde anscheinend schon vorher vom Pentagon für die
Wassertoffbomben angekurbelt.
Nukleares Projekt für die nahe Zukunft
Nukleargetriebener Rover “Mars Science Laboratory”
Start vorgesehen für 2009
2 Isotopengeneratoren werden dem MSL gegenüber den solar versorgten Rovern wesentlich
bessere Bedingungen eröffnen:
• 580 Watt für einen ganzen Sol (Marstag 24h 37m) statt maximal 140 W für 4h!
• Dadurch können der Aktionsradius, die Experimente und die Messzeiten wesentlich erweitert
werden (Betrieb auch in der Marsnacht möglich).
• Größere Datenübertragungsraten.
Die NASA gab unlängst bekannt, dass sie mit den Anwohnern am Cap Canaveral den Einsatz der Isotopenbatterien diskutieren will. Bei zu großen Bedenken will sie die Verwendung von Solarzellen erwägen.
52
Das vom aufgelösten MPI für Kosmochemie entwickelte Spektrometer wird jetzt in Kanada gebaut!
Nähere und (sehr) ferne Perspektiven
Weltweit wird intensiv an elektrischen Triebwerken gearbeitet, seien es
Ionen-, Plasma-, Lichtbogentriebwerke. Solarzellen werden für ihren
Strombedarf kaum reichen. Irgendeine Form nuklearer Energie wird
zum Einsatz kommen müssen. Wenn Deutschland weiter selbst Forschung
auf diesem Gebiet verweigert, scheidet es aus der 1. Liga aus.
100 kW Prototyp: „Institut für
Raumfahrtsysteme“ Stuttgart.
Es geistern noch viele Ideen durch
das Web, doch oft zu phantastisch.
Wie dieser „Ram-Jet“ (rechts), der
den interstellaren Wasserstoff aufsammeln und fusionieren soll.
Man hat weniger als ein Molekül
pro cm3!
Konzepte wie Sonnensegel (links)
werden staatlich nur minimal gefördert. Sollten Privatleute (Interplanetary Society) es schaffen, will man
dann dabei sein ohne großen Einsatz.
http://www.itsf.org/brochure/solarsail.html
http://www.itsf.org/brochure/ramscoop.html
Encyclopedia of Astrobiology, Astronomy and Spaceflight: Advanced Propulsion Concepts
http://www.daviddarling.info/encyclopedia/A/advanced_propulsion_concepts.html
53
Was wurde aus den Protagonisten?
GA baut weiter TRIGAs und führt auch andere Arbeiten fort wie Fusionsforschung,
Brennelementeherstellung. In Deutschland ist sie z.B. im Maschinenbau und der
Altlastenbeseitigung tätig.
Stan Ulam unterstützte das Projekt, auch durch seine politischen Kontakte. Er hatte noch viele geniale Ideen:
„On the Possibility of Extracting Energy from Gravitational Systems by Navigating Space Vehicles“
Los Alamos Report, 1.4.1958
Frederic de Hoffmann wurde dann Leiter des Salk Institute for Biological Studies.
Freeman Dyson beteiligte sich am Projekt neben seiner Arbeit am Institute for Advanced Studies, Princeton. Er entwickelte eine Reihe von Ideen, die nach Sci-Fi klingen,
wie die Dyson-Sphäre oder den Dyson-Baum. Er interessiert sich für die Stellung des
Menschen im Universum (Glifford Lectures on Natural Theology: „Infinite in All Directions“.
30 Jahre GA
„Früher oder später wird eine Terroristengruppe oder ein Psychopath eine Nuklearwaffe bauen“
Taylor war bis 1966 bei der Defense Atomic Support Agency. Dann engagierte er sich für die Nichtverbreitung
von Kernwaffen und der Suche nach alternativen Energien. Er war an mehreren Pugwash Conferences on
Science and World Affairs beteiligt.
54
T.B. Taylor "Nuclear Safeguards“ Annual Review of Nuclear and Particle Sciences 25 (1975) 407
Mit dem TRIGA zu den Sternenräumen?
Bringt uns die Kernenergie in den Weltraum?
Zusammenfassung
Im Grunde waren die vorgestellten nuklearen Raumfahrtprojekte Kinder des Kalten Krieges,
die Geldgeber waren eigentlich an Interkontinentalraketen und nicht an Raumfahrt interessiert. (So erging es schon den deutschen Idealisten 1933.) Sobald die Bomben klein genug
waren um mit chemischen Raketen den Gegner zu erreichen, wurden die Projekte
eingestellt.
Im Gegensatz dazu werden TRIGA-Reaktoren bis heute genutzt und noch neue gebaut.
Diese zivile (friedliche) Anwendung befriedigte vielfältige Bedürfnisse.
Brauchen wir Kernenergie in der Raumfahrt? Ja!
• Solarzellen können den Strombedarf jenseits von Jupiter/Saturn nicht decken.
Zumindest die Radioisotopenbatterien sind kaum zu ersetzen.
• Die Reisezeiten müssen verkürzt werden. Dazu müssen Triebwerke eingesetzt werden,
die bei geringem Schub monatelang funktionieren: elektrische Antriebe.
• Im äußeren Sonnensystem und irgendwann darüber hinaus kann nur Spaltung, Fusion,
Antimaterie die Energie für Antrieb, Lebenserhaltungssysteme, Datentransfer liefern.
Doch die Sterne bleiben noch für lange Zeit unerreichbar.
Seminar für Kern- und Radiochemie
Mainz, den 27.11.06
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Mit dem TRIGA zu den Sternenräumen?
Bringt uns die Kernenergie in den Weltraum?
Seminar für Kern- und Radiochemie
Mainz, den 27.11.06
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