Energie- und Sauerstoffversorgung des Raumschiffs

Für unsere Energieversorgung wäre ein Kernreaktor aus einem Atom-U-Boot gut. Denn er hat eine praktische Größe für unser Raumschiff, weil solche Reaktoren sehr klein sein können. Die Größe kann 10 Meter oder weniger in der Höhe und Breite betragen. Die Länge kann 15 Meter oder weniger betragen. Dies sind aber nur grobe Werte, um es sich besser vorstellen zu können. Mehr Informationen über Atom-U-Boote und den Reaktor selbst findet man hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Atom-U-Boot

Die meisten Kernreaktoren sind Druckwasserreaktoren. Der Druckwasserreaktor eines Atom-U-Boots produziert etwa 150 Megawatt Leistung – mehr als genug um unser Schiff zu versorgen.  Deswegen wäre das eine gute Option für uns. Denn bei uns im Raumschiff ist die Größe und die Strommenge sehr wichtig.

Die Energieversorgung unseres Raumschiffs könnte aber auch ein Thorium- Reaktor leisten, der mit >100 Megawatt genug Energie produzieren sollte, um unser Raumschiff zu betreiben. Ein Thorium-Reaktor funktioniert, indem Thorium-232 auf 600 Grad erhitzt wird. Dies passiert in flüssigen Fluoridsalz. Das Fluoridsalz zirkuliert in dem Reaktor.  Das Salz wird zum Start mit Neutronen beschossen, sodass sich die Thorium-Atomkerne in Uran-233 verwandeln. Dieses Isotop zerfällt und setzt Energie und weitere Neutronen frei.  Dieser Vorgang wiederholt sich so immer wieder. Das heiße Salz wird dann in eine zweite Kammer gebracht, wo die Hitze dann Wasser verdampft. Der Wasserdampf treibt eine Turbine an, die an einen Generator angeschlossen ist. So wird Strom erzeugt. Der Reaktor selbst kommt aus China und ein Prototyp soll in China bereits laufen. Da die Technik aber noch getestet wird, läuft der Reaktor im Moment nur mit einer Stromproduktion von zwei Megawatt. Da diese Leistung viel zu wenig wäre, ist ein Druckwasserreaktor wie in einem U-Boot sinnvoller.

Bei der Sauerstoffversorgung wird es etwas schwierig, da wir sehr viel brauchen und wir ihn nicht einfach produzieren können. 20 Liter Pressluft (200 bar) reichen 470 Minuten. Das sind 7,8 Stunden für eine Person. Wir müssten dann für eine Person bei 10000 Jahren 44.676.000.000 Liter Sauerstoff mitnehmen. Das ist für uns leider zu viel, da das sehr viel Gewicht ist. Man könnte jetzt den Druck erhöhen aber das wäre ein Problem, weil dann die Sauerstoffflaschen zu hochexplosiven Bomben werden würden. Außerdem gibt für einen so hohen Druck keine Flaschen.

Eine weitere Möglichkeit wäre, dass wir das System von der ISS verwenden würden. Die ISS verwendet das ACLS (Advance Closed Loop System). Es fängt an mit Wasser, das mit Elektrolyse in Sauerstoff und Wasserstoff getrennt wird. Der Sauerstoff wird in die Raumstation mit den Astronauten geleitet, damit sie ihn atmen können. Das CO2, dass sie wieder ausatmen, wird vom System benutzt, um in einem weiteren Prozess mit dem entstandenen Wasserstoff wieder Wasser herzustellen. Als Nebenprodukt entsteht Methan, das aber einfach in den Weltraum abgegeben wird. So wird sehr viel Wasser eingespart. Trotzdem wird recht viel Wasser benötigt und die Wiederherstellung der ursprünglichen Wassermenge und -qualität gelingt nicht ganz. Die Sauerstoff- und Wasserversorgung ist eine schwierige Sache bei einem so langen Flug.

Mehr über den Thorium-Reaktor:
https://www.stern.de/digital/technik/sicher–klein-und-billig—china-baut-den-ersten-thorium-reaktor–30632008.html
https://www.mdr.de/wissen/china-startet-ersten-thorium-fluessigsalz-reaktor-atomkraft-100.html

Mehr zum ACLS:
https://corporate.evonik.com/de/katalysator-versorgt-astronauten-auf-iss-mit-sauerstoff-97992.html
https://www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Research/Advanced_Closed_Loop_System

Bildquelle: Pixabay (Autor: tombud)

von Adrian

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