Strom für die Weltraumforschung

Wie treiben Wissenschaftler all die Raumfahrzeuge und Satelliten im Weltraum an? Sie können mit Sicherheit kein Verlängerungskabel verwenden, daher müssen sie eine Möglichkeit haben, Strom für alle elektrischen Systeme zu erzeugen. Hier auf der Erde können wir für alles Batterien verwenden, vom Handy bis zum Handgeräten. Zum Aufladen müssen die Batterien jedoch an eine Stromquelle angeschlossen werden. Wenn Raumschiffe Batterien verwenden, wie werden diese Batterien dann aufgeladen?

Strom dank Sonnenkollektoren

Sonnenkollektoren nutzen Photonen der Sonne, um Elektronen aus Atomen freizusetzen. Von hier an liefern die gesammelten Elektronen Strom für den Betrieb des Raumfahrzeugs. Ein Raumschiff, das so groß ist wie die Internationale Raumstation, benötigt große Sonnenkollektoren. Tatsächlich erzeugen eine große Anzahl von Zellen, die in Reihen aufgesetzt sind, hohe Leistungspegel. Diese Art der Solarenergienutzung wird als Photovoltaik bezeichnet.

Jeder ISS-Solarmodulflügel besteht aus zwei versenkbaren „Decken“ aus Solarzellen, zwischen denen sich ein Mast befindet. Jeder Arm verwendet fast 33.000 Solarzellen und ist bei voller Ausdehnung 35 Meter lang und 12 Meter breit. Die ISS verfügt über acht Solaranlagen. Insgesamt können die Anlagen 84 bis 120 Kilowatt erzeugen. Wie laden sich die Batterien der ISS auf? Während ihres Umlaufs um die Erde fangen die Sonnenkollektoren Sonnenlicht ein, das die Batterien wieder auflädt. Folglich haben die Batterien nur eine Lebensdauer von 6,5 Jahren und müssen häufig ausgetauscht werden.

Radioisotope und thermoelektrische Generatoren

Wenn sich das Raumschiff in der Nähe der Sonne befindet, bleibt die Möglichkeit, die Sonnenkollektoren aufzuladen, ziemlich wichtig. Was ist mit Raumfahrzeugen wie NASAs Voyager 1 und Voyager 2? Diese erstaunlichen Entdecker, die 1977 ins Leben gerufen wurden, haben 13,3 Milliarden Meilen von der Erde zurückgelegt. Darüber hinaus bewegen sie sich mit fast 51.000 Kilometern pro Stunde.

Voyager 1 befindet sich im „interstellaren Raum“ und Voyager 2 befindet sich derzeit in der Heliopause – der äußersten Schicht der Heliosphäre. An dieser Stelle wird der Sonnenwind durch den Druck des interstellaren Gases gebremst. Beide Raumschiffe werden von Plutonium 238 angetrieben. Es zerfällt langsam und setzt Alpha-Partikel frei, die den Innenbehälter erwärmen. Dadurch wird die Wärmeenergie in Strom umgewandelt. Im Jahr 1977 hatte jeder Voyager 470 Watt elektrische Leistung. Nach über 40 Jahren Reise glauben Wissenschaftler, dass nur noch zehn Jahre Strom übrig sind. Sobald der Strom ausgeht, kann das Raumschiff nicht mehr mit der NASA kommunizieren.

Kernspaltungsreaktoren

Kernspaltungsreaktoren treiben ebenfalls Raumfahrzeuge an. Sie funktionieren fast genauso wie die hier auf der Erde. Sie verwenden Uran 235 als Brennstoff für eine Spaltungsreaktion. Der Kern spaltet sich und setzt so Energie frei. Ein Kilogramm Uran kann die gleiche Energie liefern wie drei Millionen Kilogramm brennende Kohle. Die Sowjetunion stellte mehrere Satelliten mit Kernspaltungsreaktoren her. Die Kernreaktion in diesen Raumfahrzeugen kann 3000 Watt Energie erzeugen. Darüber hinaus können zwei der Satelliten 5000 Watt Strom erzeugen.

Obwohl dieser Reaktortyp eine erhebliche Menge Strom erzeugt, haben die Regierungen den Einsatz für mehrere Jahre verboten. Die internationale Gemeinschaft hatte Bedenken, dass Satelliten auf die Erde zurückkehren und abstürzen könnten. Ein sowjetischer Satellit stürzte vor einigen Jahren in Nordkanada ab und nur ein Prozent der radioaktiven Trümmer wurde geborgen. Vor ein paar Jahren hob die internationale Gemeinschaft das Verbot von Kernspaltungsreaktoren für den Weltraum auf. Infolgedessen haben Wissenschaftler ihre Forschung mit dieser Art elektrischer Energie wieder aufgenommen.

Wir freuen uns auf die Weiterentwicklung dieser Technologie.