Radioisotopengenerator (RTG)

Ein Radioisotopen-Thermoelektrischer Generator (RTG) wandelt die Zerfallswärme radioaktiver Isotope (meist Plutonium-238) direkt in elektrische Energie um. RTGs haben keine beweglichen Teile, sind extrem zuverlässig und funktionieren unabhängig von Sonnenlicht, ideal für Missionen in den äußeren Bereichen des Sonnensystems.

Die Voyager-Sonden (Start 1977) werden seit fast 50 Jahren von RTGs angetrieben und senden immer noch Daten. Curiosity und Perseverance auf dem Mars nutzen die weiterentwickelte MMRTG-Version (Multi-Mission RTG), die etwa 110 Watt elektrische Leistung aus 4,8 kg Plutonium-238 erzeugt.

Das Funktionsprinzip basiert auf dem Seebeck-Effekt: Thermoelektrische Module wandeln den Temperaturunterschied zwischen der heißen Plutonium-Quelle und der kalten Weltraumumgebung in Strom um. Der Wirkungsgrad ist mit etwa 6–7 % gering, aber die Langlebigkeit kompensiert das: Ein MMRTG liefert nach 14 Jahren noch rund 80 % seiner Anfangsleistung.

Das Hauptproblem ist die Verfügbarkeit von Plutonium-238, das nicht natürlich vorkommt und in Reaktoren erbrütet werden muss. Die USA stellten die Produktion 1988 ein und starteten sie erst 2015 wieder im Oak Ridge National Laboratory. Die aktuelle Produktionsrate reicht für etwa einen MMRTG alle paar Jahre.

Gerade die Knappheit von Plutonium-238 ist zu einem stillen Engpass der Planetenforschung geworden, der über die Zukunft ganzer Missionen mitentscheidet. Ohne diesen Brennstoff lassen sich Sonden ins äußere Sonnensystem kaum betreiben, denn dort ist das Sonnenlicht für Solarzellen viel zu schwach: Beim Jupiter erreicht es nur noch einen Bruchteil der irdischen Intensität, bei Pluto ist es verschwindend gering. Die Voyager-Sonden, die nach fast fünf Jahrzehnten noch immer aus dem interstellaren Raum funken, sind das eindrucksvollste Zeugnis für die Zuverlässigkeit dieser nuklearen Batterien, die ohne bewegliche Teile schlicht weiterarbeiten. Dass die USA die Produktion über Jahrzehnte einstellten und erst spät wieder aufnahmen, hat den Vorrat so weit schrumpfen lassen, dass jede neue Mission sorgfältig um die verfügbaren Generatoren herum geplant werden muss. Parallel wird an neuen, effizienteren Wandlern und an alternativen Isotopen geforscht, um den Bedarf zu strecken. Der unscheinbare RTG ist damit weit mehr als ein Stromaggregat, er ist die unverzichtbare Lebensader fast jeder Mission jenseits des Mars.