Das Princeton Field Reversed Configuration-Gerät, das PFRC-2, im Princeton Plasma Physics Laboratory in New Jersey.
(Bild: © Elle Starkman / PPPL-Kommunikationsbüro)
Fusionsgetriebene Raumschiffe sind möglicherweise nicht mehr nur ein Science-Fiction-Traum.
Das Direct Fusion Drive (DFD) -Motor könnte etwa 2028 zum ersten Mal fliegen, wenn alles nach Plan läuft, sagten die Entwickler des Konzepts.
Das wäre eine große Neuigkeit für Weltraumfans. Der DFD in Minivan-Größe könnte ein Gewicht von 22.000 Pfund erreichen. (10.000 Kilogramm) Roboter-Raumschiff zum Saturn in nur zwei Jahren oder bis zum Ende Pluto Innerhalb von fünf Jahren nach dem Start sagten die Mitglieder des Projektteams. (Zur Perspektive: Die Cassini-Mission der NASA hat es in 6,75 Jahren zum Saturn geschafft, und die New Horizons-Sonde der Agentur brauchte 9,5 Jahre, um nach Pluto zu gelangen.)
Und der Motor fungiert gleichzeitig als leistungsstarke Stromquelle, was bedeutet, dass die Technologie eine breite Palette von Off-Earth-Anwendungen haben könnte.
Zum Beispiel könnte der DFD dazu beitragen, die geplante mondumlaufende Raumstation der NASA, bekannt als Das TorStephanie Thomas, Vizepräsidentin von Princeton Satellite Systems in Plainsboro, New Jersey, sagte Ende letzten Monats während einer Präsentation mit der Arbeitsgruppe Future In-Space Operations der NASA.
Das DFD ist eine Variante der Princeton Field-Reversed Configuration (PFRC), eines Fusionsreaktorkonzepts, das Anfang der 2000er Jahre von Samuel Cohen vom Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) erfunden wurde. Das DFD ist im Grunde ein PFRC-Reaktor mit einem offenen Ende, durch den Abgase strömen, um Schub zu erzeugen, erklärte Thomas.
Das Innere des DFD wird mit einem magnetisch enthaltenen heißen Plasma von ausgestattet sein Helium-3 und Deuterium, eine spezielle "schwere" Art von Wasserstoff, die ein Neutron in ihrem Kern hat (im Gegensatz zu "normalem" Wasserstoff, der keine Neutronen hat). Atome dieser Elemente werden in diesem Plasma verschmelzen und viel Energie erzeugen - und sehr wenig gefährliche Strahlung, sagte Thomas.
Das Schmelzplasma erwärmt kühles Treibmittel, das außerhalb des Einschlussbereichs fließt. Dieses Treibmittel wird aus einer Düse auf der Rückseite des Motors geleitet und erzeugt Schub.
All diese Wärme bedeutet viel Leistung - wahrscheinlich zwischen 1 und 10 Megawatt, sagte Thomas. Der DFD wird diese Leistung nutzen und einen "Brayton-Zyklus" -Motor verwenden, um einen Großteil der Wärme in Elektrizität umzuwandeln.
Das bedeutet, dass eine DFD-Mission nach Erreichen ihres Ziels viel wissenschaftliche Arbeit leisten kann. Zum Beispiel könnte ein mit Fusion ausgerüsteter Pluto-Orbiter die Energie auf einen Lander auf der Oberfläche des Zwergplaneten strahlen und auch hochauflösendes Video zur Erde zurücksenden, sagte Thomas.
Kernfusion ist legendär schwer zu nutzen; Bisher ist es niemandem gelungen, einen kommerziell realisierbaren Fusionsreaktor in vollem Umfang zu demonstrieren. (Wie der alte Witz sagt: "Fusion ist die Energiequelle der Zukunft und wird es immer sein.") Aber Thomas und ihr Team glauben, dass ihr Konzept eine sehr reale Erfolgschance hat.
"DFD unterscheidet sich von anderen Fusionsreaktorkonzepten", sagte sie und verwies auf die geringe Größe, den sauberen Betrieb, die geringe Strahlung und die einzigartige Plasmaerwärmungsmethode (bei der eine Funkwellenantenne verwendet wird).
Das DFD-Team hat kürzlich Finanzmittel von verschiedenen Agenturen erhalten, um das Konzept weiterzuentwickeln. Beispielsweise wurde die Arbeit von 2016 bis 2019 durch zwei Finanzierungsrunden aus dem Programm Innovative Advanced Concepts der NASA unterstützt, mit dem die Entwicklung von gefördert werden soll potenziell revolutionäre Raumfahrttechnologie.
Und DFD erhielt in diesem Jahr die Auszeichnung Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E), die die weitere Entwicklung bis zum nächsten Jahr finanzieren wird.
Das Team hat bereits einige Kernkonzepte mit dem PFRC-1-Experiment demonstriert, das von 2008 bis 2011 bei PPPL durchgeführt wurde, und mit PFRC-2, das jetzt in Betrieb ist. Die Forscher haben noch keine Fusion erreicht, hoffen jedoch, dies Mitte der 2020er Jahre mit PFRC-4 zu tun.
Ein Flugprototyp würde kurz danach folgen. Eine tatsächliche Mission könnte einem erfolgreichen Demonstrationsflug folgen - vielleicht schon 2028, sagte Thomas.
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