Jul 22 2007

Die Rückkehr des Orion-Projektes

In den sechziger Jahren machte das “Project Orion” von sich reden: die Idee, ein Raumschiff mit Hilfe von Atombombenexplosionen anzutreiben. Schliesslich wurde es aus politischen Gründen aufgegeben. Doch das Konzept wird nun offenbar wieder vorsichtig aus der Schublade geholt.

Ein Orion-Raumschiff

Ein Orion-Raumschiff

Im Jahr 1433 wurde in China eine Entscheidung von historischer Tragweite getroffen. Nachdem das Reich der Mitte die Schatzflotten, riesige Flotten aus gigantischen Schiffen, die – für die damalige Zeit – gewaltige Mengen an Gütern aufnehmen konnten – gebaut und damit erfolgreich den indischen Ozean erkundet hatte (nach einer Hypothese sollen die Schatzflotten sogar Australien und Amerika erreicht haben), sahen die Mandarine (“Beamte” des Chinesischen Reiches) ihre Machtstellung durch die Eunuchen, welche die Schatzflottenreisen durchführten, bedroht. Offiziell liessen sie verlauten, die fremden Einflüsse, welche durch die Schatzflottenschiffe nach China gelangten, würden das Reich “verunreinigen”. In der Folge wurden die Schatzflottenfahrten verboten – es war von da an allen Chinesen unter Todesstrafe verboten, Hochseetaugliche Schiffe zu bauen. Die Schatzflotten wurden zerstört, und China verpasste die Chance, zur ersten Weltmacht der Menschheit aufzusteigen. Kaum ein halbes Jahrhundert später sprangen die Europäer in die Bresche und begannen mit ihrer Eroberung der Neuen und Alten Welt. Seither gelten diese Ereignisse als Beispiel für eine Zivilisation, die sich durch interne Querelen ihrer Möglichkeiten beraubt.

Was hat diese Episode der Geschichte mit Nuklearen Pulsantrieben zu tun? In der Mitte der 60er Jahre wurde möglicherweise eine Entscheidung getroffen, die für die Zukunft der Menschheit von ähnlich grosser Tragweite gewesen sein könnte wie das Hochseeverbot der Mandarine. Es wurde beschlossen, dass das “Project Orion”, das bis dahin unter Geheimhaltung und unter Mitarbeit einer Gruppe von exzellenten Physikern der damaligen USA vorangetrieben worden war, nicht zu realisieren. Während die NASA die Mercury, Gemini und schliesslich Apollo-Projekte in Angriff nahm, um gemäss John F. Kennedys “Auftrag” bis zum Ende des Jahrzehnts einen Menschen zum Mond zu schicken, dachten die Orion-Leute (zu denen auch Freeman Dyson gehörte) in ganz anderen Dimensionen. Die Idee war, ein Raumschiff zu bauen, das sich durch den Explosionsdruck von Atombomben vorwärt schieben lässt, die in kurzen Abständen hinter seinem Heck gezündet werden. Die Wucht der Explosion wird durch eine gigantische Platte abgefangen und über Stossdämpfer auf das Raumschiff übertragen. Dabei geht natürlich stets die Hälfte der freigesetzten Explosionsenergie verloren (nämlich der Teil, der vom Raumschiff wegfliegt), aber das spielte gar keine Rolle: Die Energien, die hier freigesetzt werden, sind so gross, dass man sich diese Verschwendung locker leisten kann. Durch geschicktes Design der Bomben-Ummantelung lassen sich zudem Zigarrenförmige Explosionen erzeugen, die fast 50% Effizienz erreichen. Die Besatzung des Raumschiffs würde durch die Stossplatte von der elektromagnetischen und radioaktiven Strahlung der Explosion abgeschirmt. Einmal im Weltraum, gab es für die Erde auch keine Gefahr der radioaktiven Kontamination mehr: die Explosionsfragmente fliegen so schnell vom Explosionsort davon, dass sie das Schwerefeld der Sonne (und damit erst recht jenes der Erde) schnell verlassen und in den interstellaren Raum verschwinden.

Drei Grössen wären vorgesehen gewesen: 300 Tonnen, 2000 Tonnen und 8 Millionen Tonnen schwer, davon der grösste Teil Nutzlast (das Verhältnis zwischen Nutzlast und Treibstoff (die Atombomben) wird umso besser, je schwerer das Schiff ist – das 8 Millionen Tonnen schwere Schiff hätte zu 99.5% aus Nutzlast bestanden!). Zum Vergleich: die Apollokapseln, die sich auf den Weg zum Mond machten, waren nur einige 10 Tonnen schwer. Es war geplant, das Raumschiff vom Boden aus starten zu lassen, es quasi eine Serie von Atomexplosionen reiten zu lassen. Bereits mit dem 300 Tonnen schweren Orion-Schiff wäre es, hätte man diese Strategie weiter verfolgt, bereits in den 70er Jahren möglich gewesen, das Sonnensystem mit menschlichen Besatzungen von bis zu 100 Menschen pro Schiff zu erkunden. Wäre das Orion-Projekt realisiert worden, wäre es gut möglich, dass es heute bereits bemannte Forschungsstationen im ganzen Sonnensystem gäbe. Da die Orion-Raumschiff unbegrenzt wiederverwendbar sind (man muss sie nicht, wie heutige Raketen, am Ende der Mission wegwerfen, sondern kann sie einfach mit neuen Bomben “betanken”), würden langfristig dafür auch sehr viel mehr Geldmittel zur Verfügung stehen.

Die “Super-Orion”-Version mit 8 Millionen Tonnen war als fliegende Stadt konzipiert, die sich auf den Weg zu den nächsten Sternen machen sollte (die Flugzeit sollte einige Jahrzehnte bis Jahrhunderte betragen).

Das Projekt Orion scheiterte quasi am Kalten Krieg. Ein Raumschiff mit hunderten von Atombomben anzutreiben, das war in diesen Zeiten der potentiellen gegenseitigen Vernichtung politisch nicht machbar. Die USA unterzeichneten 1965 einen internationalen Vertrag, der das Zünden von Atomwaffen, selbst für friedliche Zwecke, im weltraum verbot – damit war das Projekt endgültig gestorben.

Eine Schema-Zeichnung eines Orion-Schiffes

Eine Schema-Zeichnung eines Orion-Schiffes

Der Kalte Krieg ist vorbei, und der historische Name “Project Orion” wurde nun für ein ganz anderes Projekt vergeben: für die Hardware, die gemäss der “Vision for Space Exploration” die USA zurück zum Mond bringen soll. Auch spätere Flüge zum Mars und darüber hinaus sind für die Zeit nach 2020 geplant. Doch gerade hier wirds problematisch: Reisen zum Mars dauern mit konventionallen Antrieben Jahre, zudem sind lange Aufenthaltzeiten auf dem Mars (rund 500 Tage) geplant. Während dieser Zeit gibt es keine Rückkehrmöglichkeit für die Besatzung – sie müssen einfach hoffen, dass rund 3 Jahre lang alles gut geht. Für bemannte Ausflüge ins äussere Sonnensystem (z.B. zu den Jupitermonden) ist noch alles offen, aber auf jedenfall scheint klar, dass die Astronauten in den kleinen CEV (Crew Exploration Vehicle) Büchsen nicht jahrelang reisen können. Und genau hier kommt wieder das alte Project Orion ins Spiel.

Das Thema wird nun genereller behandelt: der Antrieb wird nun als “External Pulsed Plasma Propulsion” (EPPP) bezeichnet, und es werden auch andere Explosionen als nur diejenigen von Kernspaltungsbomben in betracht gezogen (Kernfusionsbomben, oder Antimateriebomben). Zudem wird nach Mitteln und Wegen gesucht, wie man die Explosionen effizienter nutzen könnte, so dass kleinere Explosionen schon ausreichend wären, um denselben Antrieb zu realisieren. Unter dem neuen Namen GABRIEL werden vier Entwicklungsstufen für künftige EPPP-Antriebe beschrieben. Typ 1, Kernspaltungsbomben wie bis Anhin, Kraftübertragung durch Platte und Stossdämpfer. Typ 2, Elektromagnetische Felder zur Eindämmung und Ausrichtung der Explosion ergänzen das Konzept, Typ 3, weitere Verbesserungen bei der Kraftübertragung, Typ 4, Kernfusions- oder Antimateriebomben als Antriebsquelle, wobei die Kernfusionsbomben auch durch Laser (statt wie “klassisch” durch eine kleine Kernspaltungsbombe) gezündet werden könnten.

Der Start von der Erde mittels Atomexplosionen wird immer noch kritisch beurteilt. Nicht unbedingt wegen der Radioaktivität, sondern wegen der Frage, ob dies politisch überhaupt möglich wäre. Die freigesetzte Radioaktivität wäre vergleichsweise klein: während des Durchflugs der untersten Atmosphäre könnte man möglichst “saubere” Kernfusionsbomben einsetzen. Es wurde berechnet, dass der Start eines Orion bzw. GABRIEL-Schiffes, insbesondere wenn er in einer abgelegenen Weltgegend, etwa auf dem Meer, durchgeführt würde, nur unwesentlich zur bereits bestehenden natürlichen und anthropogenen Hintergrundradioaktivität beitragen würde.

Eine Alternative würde darin bestehen, die GABRIEL-Raumschiffe im Erdorbit aus Einzelteilen, die per Rakete gestartet würden, zusammenzubauen: dann entfällt jedoch ein grosser Vorteil des Antriebskonzeptes, nämlich der vergleichsweise billige Transfer in den Erdorbit. Eine weitere Alternative wäre die Benutzung eines Orbitalseils, doch es ist heute nicht klar, wann ein solches verfügbar sein wird. Eine weitere Möglichkeit wäre der Bau der GABRIEL-Raumschiffe auf dem Mond, wo man sie praktisch bedenkenlos von der Oberfläche starten könnte und erst noch weniger Bomben dafür bauen müsste. Auch hier entfällt der grösste Vorteil des Antriebskonzeptes, weil man auf dem Mond erst die nötige Infrastruktur aufbauen muss.

Das wirklich interessante am EPPP-Antrieb ist, dass er uns heute die Möglichkeit gibt, das Sonnensystem bemannt zu erkunden und zu versuchen, permanente Kolonien draussen im All zu gründen. Ein einziges EPPP-Raumschiff könnte die Erforschung des Sonnensystems schneller voran bringen als tausende von unbemannten Raumsonden.

War das, was 1965 passierte, mit den Ereignissen von 1433 vergleichbar? Haben wir uns damals die Möglichkeit verbaut, eine wahrhaft interplanetare Zivilisation zu werden? Ergibt sich diese Chance nun nochmals?

External Pulsed Plama Propulsion – Kopie einer NASA-Internen Studie zum Thema

Ausführlicher Artikel zum Orion-Projekt in der englischen Wikipedia

19 Kommentare

  • By mastermind, 23. Juli 2007 @ 15:04

    Finde das Projekt sehr interessant und zukunftsversprechend. Ist es bisher nur eine Idee oder existiert schon ein Konzept bzw. praktische oder theoretische Ergebnisse von Versuchsreihen? Die Astronauten sind ja extremer Gefahr ausgesetzt durch das Risiko, dass bei Atombomben etwas schief geht. Bremst das Schiff auch genauso wieder ab? Dann muss es rundum vort Radioaktivität geschützt sein.

  • By Bynaus, 26. Juli 2007 @ 12:32

    Es gab Tests (mit einem zugegeben sehr kleinen Testflugkörper (ca. 2m)), die zeigten, dass man durch eine solche Stossplatte und Atomexplosionen darunter tatsächlich Antrieb erhalten kann. Der Schutz der Astronauten ist durch die Stossplatte gewährleistet, die alle Strahlung abhält. Das Schiff bremst auch wieder so, dafür dreht es einfach das Heck in Flugrichtung, womit die Astronauten wiederum durch die Stossplatte vor den Explosionen geschützt sind.

  • By Herbert, 2. August 2007 @ 01:25

    Vielen Dank, dass du wieder schreibst!
    Ich kann deine \”alten\” Aufsätze mittlerweile fast auswendig aufsagen.
    Wahrscheinlich weisst du gar nicht, wie wir an deinen Lippen hängen.

  • By Albert, 2. September 2007 @ 14:03

    Nö, Start von der Erde aus ausgeschlossen, zu grosses Risiko.
    Start aus dem Orbit: Ja, vielleicht.

    Nur, dann müssten ja die A-Bomben mit konventionellen Raketen in den Orbit befördert werden. Geht zur Zeit auch nicht, zu grosses Risiko eines Absturzes.
    (Denn immerhin gibt es auch heute noch keine Raketensysteme, die 100%-ig zuverlässig sind.)

    Also, aus meiner Sicht:
    Vergesst es.

    Seufzz

    albert

  • By Bynaus, 3. September 2007 @ 12:30

    Warum \”grosses Risiko\” beim Start von der Erde? Die Bomben werden ja gezündet, mehr Risiko liegt ja fast nicht drin. Die Frage ist doch, ob man die mit den Bomben einhergehende radioaktive Verschmutzung eines (sehr kleinen) Teils der Atmopshäre akzeptieren will, wenn man dafür diese ganz neue Dimension der Raumfahrt bekommt.

    Möglicherweise gibt es auch einen Weg darum herum: man könnte in der Atmosphäre zumindest \”unterkritische\” Explosionen zünden, saubere Wasserstofffusion, mit einem sogenannten \”Z-Pinch\” gezündet – erst, wenn die Atmosphäre verlassen ist, würde man auf die \”kritischen\” Explosionen mit Atombomben zurück greifen (oder auch gar nicht – Stichwort \”Mini-Mag Orion\”).

  • By Weltraumbummler, 22. November 2007 @ 14:28

    Also was das Risiko betrifft, würde ich mir keine großen Sorgen machen da man A-Bomben nicht mit normalen chemischen Sprengstoffen vergleichen kann.
    Bei einen Unfall, Absturtz usw. würden die Bomben nicht explodieren.
    Die müssten nur so gebaut sein, das zumindest das radioakive Material bei einen Absturtz nicht austritt bzw. sich überall verteilt.

    Aber gibt es überhaupt genug Material um damit langfristig Raumfahrt zu betreiben?
    Das Ertz is ja ziemlich rar und die Ausbeute ziemlich gering und aufwendig in der Herstellung (Anreicherung)

    Aber wie beschrieben muss es ja nicht bei solchen Bomben bleiben oder es werden schon vorher neue Alternativen entwickelt…

    Von mir aus konnen die auch gleich alle Atomwaffen die noch überall auf der Welt gebunkert werden recyceln und evtl. dafür verwenden wenn das ginge?
    Hätte man gleich 2 Probleme gelöst, ich will nicht wissen wie viele Tausende es gibt, vor allem bei den Ammis und Russen.
    Aber so weit kommts sicher ned….leider…

  • By Anubbis, 8. Juni 2008 @ 16:07

    ich habe mir die ganzen kommentare durchgelesen und habe eine idee!

    1 von der erde aus schtarten Vergesst es
    2 man müsste das ganze irgent wie da hoch Bringen
    ist ja auch kein problem es gigt ja flugzeuge die für den atmosphärenflug gebaut worden sind ( sr71)
    3 man müste eine start bahn auf dem mond erichten
    es wäre viel lokrativer es währe ein welt projekt

  • By Networkstumbler, 24. April 2009 @ 22:05

    die Atomkraft wird uns noch umbringen und außerdem reicht das Uran gerade mal noch für einige wenige Jahrzehnte, haben wir aus Tschernobyl immer noch nicht gelernt ? wann kommt ednlich der Ausstieg ? meine Kinder und Kindeskinder sollen lachen und nicht strahlen !!!

  • By Bynaus, 25. April 2009 @ 12:23

    Atomkraft hat in Wahrheit von allen Arten der Energieproduktion im grossen Stil am wenigsten Menschen umgebracht bzw krank gemacht… Trotzdem: ja, wir sollten auf der Erdoberfläche wenn möglich von der Kernspaltung wegkommen, zumindest, so lange wir nicht wissen, was wir mit den Abfällen (die zum grössten Teil aus ungenutztem, unverbrannten Kernbrennstoff bestehen) tun sollen.

    Uran wird zwar seltener, aber nicht schon in den nächsten Jahrzehnten ausgehen – das Hauptproblem ist, dass heutige Kernkraftwerke das Uran nur zu einem sehr kleinen Prozentsatz nützen. Könnte dies behoben werden (etwa durch sogenannte Brüter-Reaktoren), würden die Vorräte noch für viele Jahrtausende reichen.

    Zudem, der Gebrauch von Atomexplosionen im Raum ist etwas völlig anderes als der Gebrauch von Atomkraftwerken auf der Erde – das lässt sich keineswegs vergleichen, weder in Bezug auf die Energieproduktion, noch technisch, noch bezüglich Sicherheitsfragen, noch sonst irgendwie. Nukleare Pulsantriebe haben das Potential, der Menschheit die Tür zum Sonnensystem zu öffnen – was für die Kinder und Kindeskinder in vielerlei Hinsicht ein guter Grund zum Lachen wäre! :)

  • By MJET, 4. Juni 2009 @ 02:03

    Danke erstmal für den interessanten Artikel (wie auch alle anderen, die du verfasst hast)
    Das Konzept ist natürlich aufgrund des hohen Nutzlastanteils sehr interessant, leider kann man aber das Problem mit dem Antrieb nicht vergessen/vernachlässigen. Trotzdem muss einer solchen Technologie die Chance gegeben werden sich zu entwickeln. Das ganze darf nicht schon an der allgemeinen Kritik an der Atomkraft scheitern.

  • By Antidogmatiker, 22. Mai 2010 @ 20:05

    Was mich interessieren würde:
    Welche Geschwindigkeit könnte man mit Atom- und Wasserstoffbombenantrieb jeweils maximal erreichen?
    Und zu welchen Kosten pro kg Nutzlast?

  • By Bynaus, 23. Mai 2010 @ 19:47

    Das kommt ganz auf das gewählte Design an, die Effizienz er Umsetzung der Explosionsenergie in Vortrieb, die Energiedichte der gewählten Bomben, etc etc. Man wird aber nicht über ein paar Prozente der Lichtgeschwindigkeit hinaus kommen. Das NASA-Projekt \”Longshot\” aus den 90er Jahren rechnete mit rund 100 Jahren nach Alpha Centauri (= 4% der Lichtgeschwindigkeit). Man könnte noch schneller dort sein, doch da man – bei diesem Projekt – am Ziel wieder abbremsen wollte, waren keine höheren Geschwindigkeiten möglich.

  • By heraklit, 27. Juni 2010 @ 14:43

    Selbst wenn man den Einsatz von der Erdoberfläche ablehnt, für den Rückflug vom Mars oder den Monden des äußeren Systems ist diese Methode sicher vielversprechend. Ich denke, statt einer Druckplatte könnte man auch lokales Gestein, vielleicht zu grober Keramik gesintert, oder einen großen Brocken Eis nehmen, selbst wenn ein Gr0ßteil der Energie verpufft, besser als chemische Antriebe ist es allemal.

  • By Unbekannter Gast, 5. Februar 2011 @ 18:58

    Ich denke es wäre besser die Leute hinzuschicken und ohne Rückfahrtticket dort zu lassen eine kleine 50 Man Kolonie kostet zwar am anfang etwas mehr aber a ist sie bleibend und kann eventuel nach einer gewissen anzahl an einwohnern auch selbst expandieren und 2. ohne Rückkehrstufe wird das ganze günstiger , schlieslich muss man ( je nach konzept ) Treibstof von der Erde in den Orbit zum Mars und wieder zurück Transportieren .
    Leute die es freiwilig machen gibt es wohl genug.

  • By Bynaus, 6. Februar 2011 @ 19:15

    Ja, das wäre wohl eine Möglichkeit. Allerdings schliesst die NASA diese Option kategorisch aus. Denkbar ist, dass ein privates Weltraumprogramm so verfahren würde.

  • By Flammarion, 26. Januar 2012 @ 16:20

    Ach Wahnsinn! Nach all den Jahren sehe ich meine gerenderte Orion (Maxon Cinema 4D) von meiner alten “Interstellare Raumfahrt” Seite wieder :)
    Hat seinerzeit schon auch die “Project Orion” Yahoo-Group geschmückt.

  • By Matthias Meier, 26. Januar 2012 @ 16:22

    Ich gebe gerne zu, dass ich viele Bilder auf anderen Seiten gefunden habe – leider kann ich mich nicht mehr spezifisch erinnern, wo ich dieses her hatte. Darf ich im Nachhinein um deine Erlaubnis bitten? :)

  • By Flammarion, 26. Januar 2012 @ 19:05

    Aber bitte doch :) Das Bild hat sich seinerzeit etwas ausgebreitet, also hast du es wahrscheinlich gar nicht mal von meiner Seite, die sowieso seit langem nur in der “Wayback Machine” existiert.

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