Wie nuklearer Antrieb im Weltraum funktioniert

Warum chemische Raketen an ihre Grenzen stoßen

Jedes Raumfahrzeug, das jemals die Erde verlassen hat, hat sich auf chemischen Antrieb verlassen – die Verbrennung von Treibstoff und Oxidationsmittel zur Erzeugung heißer Abgase. Die Methode funktioniert, hat aber eine harte Obergrenze. Chemische Raketen erreichen einen maximalen spezifischen Impuls (ein Maß für die Treibstoffeffizienz) von etwa 450 Sekunden. Das bedeutet, dass eine bemannte Mission zum Mars sieben bis neun Monate pro Strecke dauern würde, wodurch Astronauten kosmischer Strahlung, Muskelschwund und Knochenverlust für mehr als ein Jahr allein während des Transits ausgesetzt wären.

Nuklearer Antrieb könnte die Gleichung völlig verändern. Durch die Nutzung der Energie der Kernspaltung – der Spaltung von Uranatomen – können Ingenieure spezifische Impulse erreichen, die zwei- bis fünfmal höher sind als bei chemischen Triebwerken, wodurch Reisezeiten und Treibstoffbedarf drastisch reduziert werden.

Zwei Varianten: Thermisch vs. Elektrisch

Es gibt zwei Hauptansätze für den nuklearen Antrieb im Weltraum, jeder mit unterschiedlichen Stärken.

Nuklearthermischer Antrieb (NTP)

Ein NTP-Triebwerk pumpt flüssigen Wasserstoff durch einen kompakten Kernreaktor. Die Uranspaltung erhitzt den Wasserstoff auf extreme Temperaturen – über 2.500 °C – und das überhitzte Gas dehnt sich durch eine Düse aus, um Schub zu erzeugen. Laut dem US-Energieministerium kann NTP einen Schub liefern, der mit dem von chemischen Raketen vergleichbar ist, während er etwa doppelt so treibstoffeffizient ist. Diese Kombination aus hohem Schub und hoher Effizienz macht NTP ideal für schnelle bemannte Transfers – potenziell die Erreichung des Mars in drei bis vier Monaten anstelle von sieben.

Nuklearelektrischer Antrieb (NEP)

NEP verfolgt einen anderen Ansatz. Ein Spaltungsreaktor erzeugt Elektrizität, die Ionen- oder Hall-Effekt-Triebwerke antreibt, die ionisiertes Treibmittel auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigen. Der Schub ist gering – kaum genug, um ein Blatt Papier auf der Erde anzuheben – aber er läuft monate- oder jahrelang kontinuierlich. Im Laufe der Zeit baut das Raumfahrzeug eine enorme Geschwindigkeit auf. NEP-Systeme erreichen spezifische Impulse, die um ein Vielfaches höher sind als bei NTP, was sie außergewöhnlich treibstoffeffizient für lang andauernde Frachtmissionen macht, bei denen die Abfluggeschwindigkeit weniger zählt als die insgesamt gelieferte Nutzlast.

Ein jahrzehntelanger Traum

Die Idee ist nicht neu. In den späten 1950er Jahren starteten die Vereinigten Staaten das Project Rover in Los Alamos, um nuklearthermische Raketen zu entwickeln. Das Programm durchlief eine Reihe von Reaktortests – Kiwi, Phoebus und Pewee – die im NERVA-Programm (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) gipfelten, das gemeinsam von der NASA und der Atomenergiekommission verwaltet wurde.

NERVA erzielte beeindruckende Ergebnisse. Der Phoebus-2A-Reaktor lieferte über 4.000 Megawatt thermische Leistung und war damit der leistungsstärkste Kernreaktor, der jemals gebaut wurde. Das Programm sammelte 17 Stunden Reaktorbetriebszeit, davon sechs über 2.000 K. Doch 1973, nach Ausgaben von rund 1,4 Milliarden Dollar, stornierte die Nixon-Regierung NERVA. Es ist noch nie eine Nuklearrakete geflogen.

Das Comeback

Das Interesse erwachte in den 2020er Jahren wieder. Im Jahr 2023 kündigten NASA und DARPA das DRACO-Programm (Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations) an – eine 499-Millionen-Dollar-Initiative, um ein nuklearthermisches Triebwerk im Orbit zu testen. Obwohl DRACO später aufgrund veränderter Budgetprioritäten die Mittel entzogen wurden, schritt die zugrunde liegende Technologie weiter voran.

Im März 2026 stellte die NASA Space Reactor-1 Freedom vor, dessen Start für Dezember 2028 geplant ist. Wie von Space.com und Scientific American berichtet, wäre Freedom das erste interplanetare Raumfahrzeug, das von Kernspaltung angetrieben wird. Sein Reaktor, der mit schwach angereichertem Urandioxid betrieben wird, würde elektrische Ionentriebwerke antreiben, um den Mars in etwa einem Jahr zu erreichen – und drei experimentelle Hubschrauber mitführen, um zukünftige menschliche Landeplätze zu erkunden.

Warum es wichtig ist

Nuklearer Antrieb behebt den grundlegenden Engpass der Tiefraumforschung: die Tyrannei der Raketengleichung. Jedes Kilogramm Treibstoff, das ein Raumfahrzeug mitführt, erfordert mehr Treibstoff, um diesen Treibstoff zu beschleunigen, wodurch ein Teufelskreis entsteht, der begrenzt, wie weit und wie schnell Menschen reisen können. Nukleartriebwerke durchbrechen diesen Kreislauf, indem sie pro Kilogramm Treibmittel weitaus mehr Energie gewinnen als jede chemische Reaktion.

Für bemannte Missionen bedeuten kürzere Transitzeiten auch weniger Strahlenbelastung, weniger Vorräte und kleinere Raumfahrzeuge – was alles Kosten und Risiken reduziert. Für Robotermissionen eröffnet der nuklearelektrische Antrieb Routen zum äußeren Sonnensystem, die mit chemischen Raketen allein unpraktisch wären.

Nach einem halben Jahrhundert im Regal nähert sich der nukleare Antrieb endlich seinem ersten echten Test außerhalb der Erdatmosphäre. Wenn es funktioniert, wird das Sonnensystem erheblich kleiner.